题目
函数z=x^2-y^2在闭区域D: (x^2)/(4)+y^2 leq 1上的最大值和最小值分别是().A. 4,0B. 4,1C. 0,-1D. 4,-1
函数$z=x^{2}-y^{2}$在闭区域$D: \frac{x^{2}}{4}+y^{2} \leq 1$上的最大值和最小值分别是().
A. 4,0
B. 4,1
C. 0,-1
D. 4,-1
题目解答
答案
D. 4,-1
解析
考查要点:本题主要考查多元函数在闭区域上的极值求解方法,包括内部极值和边界极值的计算,以及比较所有可能的极值点确定最值。
解题核心思路:
- 内部极值:通过求偏导数找到临界点,代入函数计算对应的值。
- 边界极值:将边界条件代入函数,转化为单变量函数求极值,或利用参数方程法分析。
- 比较所有极值:综合内部和边界的所有极值,确定最大值和最小值。
破题关键点:
- 内部临界点:通过偏导数为零确定。
- 边界处理:利用椭圆方程消元,将函数转化为单变量二次函数,分析其极值。
- 端点检查:注意椭圆边界上的端点(如$x = \pm 2$)可能对应极值。
1. 求内部极值
函数$z = x^2 - y^2$的偏导数为:
$\frac{\partial z}{\partial x} = 2x, \quad \frac{\partial z}{\partial y} = -2y.$
令偏导数为零,解得临界点$(0, 0)$,对应$z = 0$。
2. 求边界极值
边界方程为$\frac{x^2}{4} + y^2 = 1$,将$y^2 = 1 - \frac{x^2}{4}$代入函数:
$z = x^2 - \left(1 - \frac{x^2}{4}\right) = \frac{5x^2}{4} - 1.$
- 极值分析:该二次函数开口向上,极小值在$x = 0$时取得,对应$z = -1$。
- 端点分析:当$x = \pm 2$时,$y = 0$,对应$z = 4$。
3. 比较所有极值
- 内部极值:$z = 0$。
- 边界极值:最大值$z = 4$,最小值$z = -1$。
- 综合得最大值为$4$,最小值为$-1$。