题目
1.[判断题]若函数f(x,y)在集合S内的点(a,b)处存在最大值,则(f_(x),f_(y))_((a,b))=0.A. 对B. 错
1.[判断题]若函数f(x,y)在集合S内的点(a,b)处存在最大值,则$(f_{x},f_{y})$_{(a,b)}=0.$
A. 对
B. 错
题目解答
答案
B. 错
解析
本题考查函数在某点取得最大值时偏导数的性质。解题思路是通过分析函数取得最大值的条件,结合偏导数的定义来判断该命题的正确性。
函数在某点取得最大值,并不一定意味着该点处的偏导数都为$0$。偏导数为$0$只是函数在该点取得极值的必要条件(前提是函数在该点可偏导),但不是充分条件,并且还存在函数在不可偏导的点取得最大值的情况。
下面通过一个反例来进行说明:
考虑函数$f(x,y)=\sqrt{x^{2}+y^{2}}$,集合$S$为整个$\mathbb{R}^{2}$平面。
- 求函数的最大值:
对于任意的$(x,y)\in\mathbb{R}^{2}$,根据绝对值的性质,$\sqrt{x^{2}+y^{2}}\geqslant0$,当且仅当$x = 0$且$y = 0$时,$f(0,0)=\sqrt{0^{2}+0^{2}} = 0$,所以函数$f(x,y)$在点$(0,0)$处取得最小值$0$,同时在整个定义域内,当$(x,y)$趋于无穷远时,$f(x,y)$趋于无穷大,不存在最大值。为了说明问题,我们换个角度,考虑函数$g(x,y)=-\sqrt{x^{2}+y^{2}}$,对于任意的$(x,y)\in\mathbb{R}^{2}$,$-\sqrt{x^{2}+y^{2}}\leqslant0$,当且仅当$x = 0$且$y = 0$时,$g(0,0)=-\sqrt{0^{2}+0^{2}} = 0$,所以函数$g(x,y)$在点$(0,0)$处取得最大值$0$。 - 求函数在点$(0,0)$处的偏导数:
根据偏导数的定义,函数$g(x,y)$对$x$的偏导数$g_{x}(0,0)=\lim\limits_{\Delta x\to0}\frac{g(0 + \Delta x,0)-g(0,0)}{\Delta x}=\lim\limits_{\Delta x\to0}\frac{-\sqrt{(\Delta x)^{2}+0^{2}}-0}{\Delta x}=\lim\limits_{\Delta x\to0}\frac{-\vert\Delta x\vert}{\Delta x}$。
当$\Delta x\to0^{+}$时,$\lim\limits_{\Delta x\to0^{+}}\frac{-\vert\Delta x\vert}{\Delta x}=\lim\limits_{\Delta x\to0^{+}}\frac{-\Delta x}{\Delta x}=-1$;当$\Delta x\to0^{-}$时,$\lim\limits_{\Delta x\to0^{-}}\frac{-\vert\Delta x\vert}{\Delta x}=\lim\limits_{\Delta x\to0^{-}}\frac{\Delta x}{\Delta x}=1$。
左右极限不相等,所以$g_{x}(0,0)$不存在。同理可得$g_{y}(0,0)$也不存在,即$(g_{x},g_{y})_{(0,0)}\neq(0,0)$。
这就说明存在函数在某点取得最大值,但该点处的偏导数不为$0$(甚至偏导数不存在)的情况,所以原命题“若函数$f(x,y)$在集合$S$内的点$(a,b)$处存在最大值,则$(f_{x},f_{y})_{(a,b)} = 0$”是错误的。