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数学
题目

(本题满分9分)求二元函数(x,y)=(x)^2(2+(y)^2)+yln y的极值

(本题满分9分)

求二元函数的极值

题目解答

答案

[解析]:解方程组得函数的驻点为

又由于,从而对驻点有

,因此且,所以为极小值。

解析

步骤 1:求偏导数
首先,我们需要求出函数$f(x,y)={x}^{2}(2+{y}^{2})+y\ln y$的偏导数${f}_{x}$和${f}_{y}$。
${f}_{x}=2x(2+{y}^{2})$
${f}_{y}=2{x}^{2}y+\ln y+1$
步骤 2:求驻点
接下来,我们解方程组$\left \{ \begin{matrix} {f}_{x}=2x(2+{y}^{2})=0\\ {f}_{y}=2{x}^{2}y+\ln y+1=0\end{matrix} \right.$来找到函数的驻点。
从${f}_{x}=0$,我们得到$x=0$或$y=\pm i$(其中$i$是虚数单位,但因为$y$是实数,所以$y=\pm i$不是解)。
将$x=0$代入${f}_{y}=0$,得到$\ln y+1=0$,解得$y=\dfrac{1}{e}$。
因此,函数$f(x,y)$的驻点为$(0,\dfrac{1}{e})$。
步骤 3:判断极值
为了判断驻点$(0,\dfrac{1}{e})$是否为极值点,我们需要计算二阶偏导数${f}_{xx}$, ${f}_{xy}$, ${f}_{yy}$,并使用Hessian矩阵的行列式来判断。
${f}_{xx}=2(2+{y}^{2})$
${f}_{xy}=4xy$
${f}_{yy}=2{x}^{2}+\dfrac{1}{y}$
在驻点$(0,\dfrac{1}{e})$处,我们有:
$A={f}_{xx}(0,\dfrac{1}{e})=2(2+\dfrac{1}{{e}^{2}})$
$B={f}_{xy}(0,\dfrac{1}{e})=0$
$C={f}_{yy}(0,\dfrac{1}{e})=e$
计算Hessian矩阵的行列式$H=AC-{B}^{2}$,得到$H=2(2+\dfrac{1}{{e}^{2}})e-0^2=2e(2+\dfrac{1}{{e}^{2}})$。
因为$H>0$且$A>0$,所以驻点$(0,\dfrac{1}{e})$是极小值点。

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