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数学
题目

求函数(x,y)=(4x-(x)^2)(2y-(y)^2)的极值.

求函数的极值.

题目解答

答案

f(x,y)=x^3+y^3-2x^2-2y^2+4x
=(x^3-2x^2+4x)+(y^3-2y^2)
对x求偏导为3x^2-4x+4
对y求偏导为3y^2-4y
求极值先求一阶导数为0即
3x^2-4x+4+3y^2-4y=0
3(x-2/3)^2+3(y-2/3)^2+4/3=0
可以得
无解
所以此函数无极值

解析

考查要点:本题主要考查二元函数极值的求解方法,包括求偏导数、寻找临界点以及利用二阶导数检验法判断极值的存在性。

解题思路:

  1. 展开函数:将原函数展开为多项式形式,便于后续求导。
  2. 求偏导数:分别对$x$和$y$求一阶偏导数,并解方程组找到临界点。
  3. 二阶导数检验:计算Hessian矩阵的行列式$D$,判断每个临界点是否为极值点。

关键点:

  • 正确展开函数是基础,避免因展开错误导致后续步骤全盘错误。
  • 解非线性方程组时需分情况讨论,确保不遗漏临界点。
  • 二阶导数检验法的判定条件需准确应用,尤其注意行列式$D$的符号和$f_{xx}$的符号。

原函数展开:
$f(x,y) = (4x - x^2)(2y - y^2) = 8xy - 4xy^2 - 2x^2y + x^2y^2$

求一阶偏导数:

  • 对$x$求偏导:
    $\frac{\partial f}{\partial x} = 8y - 4y^2 - 4xy + 2xy^2$
  • 对$y$求偏导:
    $\frac{\partial f}{\partial y} = 8x - 8xy - 2x^2 + 2x^2y$

解方程组$\frac{\partial f}{\partial x}=0$和$\frac{\partial f}{\partial y}=0$:

  1. 情况一:$y=0$且$x=0$,得临界点$(0,0)$。
  2. 情况二:$y=0$且$x=4$,得临界点$(4,0)$。
  3. 情况三:$x=0$且$y=2$,得临界点$(0,2)$。
  4. 情况四:联立$y=\frac{x}{2}$与方程,解得$(4,2)$和$(2,1)$。

二阶导数检验:

  • $(0,0)$、$(4,0)$、$(0,2)$、$(4,2)$:Hessian行列式$D<0$,均为鞍点。
  • $(2,1)$:$D>0$且$f_{xx}<0$,为极大值点,极大值$f(2,1)=4$。

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