题目
求函数f(x,y,z)=x+y+z在条件f(x,y,z)=x+y+z下的最大值与最小值。
求函数
在条件
下的最大值与最小值。
题目解答
答案
当
时,
其表示三维空间的一个球壳,
显然当
0" data-width="86" data-height="22" data-size="1302" data-format="png" style="max-width:100%">时,
取最大值,
当
时,
取最小值,
当
0" data-width="86" data-height="22" data-size="1302" data-format="png" style="max-width:100%">时,

当且仅当
时等号成立,
所以
,
当
时,
0,-y>0,-z>0" data-width="206" data-height="22" data-size="2241" data-format="png" style="max-width:100%">,

所以
的最大值为
,(同上)
所以
的最小值为
。
综上所述:函数
在条件
下的最大值为
,最小值为
。
解析
步骤 1:确定约束条件
函数f(x,y,z)=x+y+z在条件${x}^{2}+{y}^{2}+{z}^{2}=3$下,表示三维空间中一个半径为$\sqrt{3}$的球面。
步骤 2:确定函数的极值点
由于f(x,y,z)=x+y+z是线性函数,其在球面上的极值点将出现在球面的边界上。因此,我们需要找到球面上使得f(x,y,z)取最大值和最小值的点。
步骤 3:利用拉格朗日乘数法
为了找到函数f(x,y,z)在约束条件下的极值,我们使用拉格朗日乘数法。构造拉格朗日函数:
$$L(x,y,z,\lambda) = x + y + z + \lambda(3 - x^2 - y^2 - z^2)$$
对x,y,z和$\lambda$求偏导数并令其等于0,得到:
$$\frac{\partial L}{\partial x} = 1 - 2\lambda x = 0$$
$$\frac{\partial L}{\partial y} = 1 - 2\lambda y = 0$$
$$\frac{\partial L}{\partial z} = 1 - 2\lambda z = 0$$
$$\frac{\partial L}{\partial \lambda} = 3 - x^2 - y^2 - z^2 = 0$$
解这个方程组,得到:
$$x = y = z = \frac{1}{2\lambda}$$
代入约束条件${x}^{2}+{y}^{2}+{z}^{2}=3$,得到:
$$3\left(\frac{1}{2\lambda}\right)^2 = 3$$
解得$\lambda = \pm\frac{1}{2}$,从而得到$x = y = z = \pm1$。
步骤 4:计算极值
当$x = y = z = 1$时,$f(x,y,z) = 3$,为最大值。
当$x = y = z = -1$时,$f(x,y,z) = -3$,为最小值。
函数f(x,y,z)=x+y+z在条件${x}^{2}+{y}^{2}+{z}^{2}=3$下,表示三维空间中一个半径为$\sqrt{3}$的球面。
步骤 2:确定函数的极值点
由于f(x,y,z)=x+y+z是线性函数,其在球面上的极值点将出现在球面的边界上。因此,我们需要找到球面上使得f(x,y,z)取最大值和最小值的点。
步骤 3:利用拉格朗日乘数法
为了找到函数f(x,y,z)在约束条件下的极值,我们使用拉格朗日乘数法。构造拉格朗日函数:
$$L(x,y,z,\lambda) = x + y + z + \lambda(3 - x^2 - y^2 - z^2)$$
对x,y,z和$\lambda$求偏导数并令其等于0,得到:
$$\frac{\partial L}{\partial x} = 1 - 2\lambda x = 0$$
$$\frac{\partial L}{\partial y} = 1 - 2\lambda y = 0$$
$$\frac{\partial L}{\partial z} = 1 - 2\lambda z = 0$$
$$\frac{\partial L}{\partial \lambda} = 3 - x^2 - y^2 - z^2 = 0$$
解这个方程组,得到:
$$x = y = z = \frac{1}{2\lambda}$$
代入约束条件${x}^{2}+{y}^{2}+{z}^{2}=3$,得到:
$$3\left(\frac{1}{2\lambda}\right)^2 = 3$$
解得$\lambda = \pm\frac{1}{2}$,从而得到$x = y = z = \pm1$。
步骤 4:计算极值
当$x = y = z = 1$时,$f(x,y,z) = 3$,为最大值。
当$x = y = z = -1$时,$f(x,y,z) = -3$,为最小值。