题目
设函数 z=3x^2+3y^2-x^3 在区域 D: x^2+y^2 leq 16 上定义,则下列说法不正确的是()。A. 函数 z=3x^2+3y^2-x^3 在区域 D 内有两驻点 P_1(0,0), P_2(2,0)B. 函数 z=3x^2+3y^2-x^3 在边界 x^2+y^2=16 上的极值可转化为一元函数 z=48-x^3(|x|leq4) 的最值C. 函数在区域 D 上有最大值 4D. 函数在区域 D 上有最小值 -16
设函数 $z=3x^2+3y^2-x^3$ 在区域 $D: x^2+y^2 \leq 16$ 上定义,则下列说法不正确的是()。
A. 函数 $z=3x^2+3y^2-x^3$ 在区域 $D$ 内有两驻点 $P_1(0,0)$, $P_2(2,0)$
B. 函数 $z=3x^2+3y^2-x^3$ 在边界 $x^2+y^2=16$ 上的极值可转化为一元函数 $z=48-x^3(|x|\leq4)$ 的最值
C. 函数在区域 $D$ 上有最大值 4
D. 函数在区域 $D$ 上有最小值 $-16$
题目解答
答案
C. 函数在区域 $D$ 上有最大值 4
解析
考查要点:本题主要考查多元函数在有界闭区域上的极值求解,涉及内部驻点和边界极值的分析,以及选项的逻辑判断。
解题核心思路:
- 内部驻点:通过求偏导数找到驻点,并验证是否在区域内。
- 边界极值:利用约束条件将边界上的函数转化为一元函数,分析其极值。
- 综合比较:将内部驻点和边界极值的结果综合,确定整体最大值和最小值。
破题关键点:
- 驻点计算:正确求解偏导数并解方程组。
- 边界转化:将边界条件代入原函数,简化为一元函数分析。
- 极值比较:全面比较内部和边界的所有可能极值点,避免遗漏。
选项A:驻点分析
- 求偏导数:
- $z_x = 6x - 3x^2$
- $z_y = 6y$
- 解方程组:
- $z_x = 0 \Rightarrow x(6 - 3x) = 0 \Rightarrow x = 0$ 或 $x = 2$
- $z_y = 0 \Rightarrow y = 0$
- 驻点为 $P_1(0,0)$ 和 $P_2(2,0)$,均在区域 $D$ 内。
结论:选项A正确。
选项B:边界极值转化
- 代入边界条件:
- 在边界 $x^2 + y^2 = 16$ 上,$y^2 = 16 - x^2$。
- 原函数变为 $z = 3x^2 + 3(16 - x^2) - x^3 = 48 - x^3$。
- 分析一元函数:
- 定义域 $x \in [-4, 4]$,求导得 $z' = -3x^2$,临界点 $x = 0$。
- 端点值:$z(-4) = 112$,$z(4) = -16$;临界点值 $z(0) = 48$。
结论:选项B正确。
选项C、D:最值判断
- 内部驻点值:
- $z(0,0) = 0$,$z(2,0) = 4$。
- 边界极值:
- 最大值 $112$(在 $x = -4$),最小值 $-16$(在 $x = 4$)。
- 综合比较:
- 整体最大值为 $112$,最小值为 $-16$。
结论:选项C错误,选项D正确。
- 整体最大值为 $112$,最小值为 $-16$。