题目
设函数u(x,y)在有界闭区域D上连续,在D的内部具有2阶连续偏导数,且满足u(x,y)及u(x,y),则 A. u(x,y) 的最大值和最小值都在D的边界上取得. B. u(x,y) 的最大值和最小值都在D的内部取得. C. u(x,y) 的最大值在D的内部取得,最小值在D的边界上取得. D. 的最小值在D的内部取得,最大值在D的边界上取得.
设函数
在有界闭区域D上连续,在D的内部具有2阶连续偏导数,且满足
及
,则
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的最大值和最小值都在D的边界上取得.
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的最大值和最小值都在D的内部取得.
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的最大值在D的内部取得,最小值在D的边界上取得.
-
的最小值在D的内部取得,最大值在D的边界上取得.
题目解答
答案
A
解析
考查要点:本题主要考查调和函数的最大值原理及其应用。题目中给出的条件$\frac{∂²u}{∂x²} + \frac{∂²u}{∂y²} = 0$表明$u(x,y)$是调和函数,而$\frac{∂²u}{∂x∂y} ≠ 0$强调函数的非退化性。
解题核心思路:
调和函数在有界闭区域D上的最大值和最小值必定出现在边界上,这是由最大值原理直接推导得出的结论。无论混合偏导数是否为零,只要函数满足拉普拉斯方程,其极值位置由最大值原理决定。
破题关键点:
- 识别题目中的拉普拉斯方程,明确$u(x,y)$是调和函数。
- 应用最大值原理,排除内部取得极值的可能性。
- 注意$\frac{∂²u}{∂x∂y} ≠ 0$的条件不改变极值位置的结论,仅用于排除特殊情形。
调和函数的最大值原理指出:
若函数$u(x,y)$在有界闭区域D上连续,在内部满足拉普拉斯方程$\frac{∂²u}{∂x²} + \frac{∂²u}{∂y²} = 0$,则$u(x,y)$的最大值和最小值必定出现在D的边界上,内部不可能取得极值。
关键推导:
- 假设内部存在极大值点:若$u$在内部某点$(x_0,y_0)$取得极大值,则根据泰勒展开和拉普拉斯方程,可推出矛盾($\frac{∂²u}{∂x²} + \frac{∂²u}{∂y²} ≤ 0$,但实际等于0)。
- 同理,极小值也无法在内部取得。
- 混合偏导数条件$\frac{∂²u}{∂x∂y} ≠ 0$仅说明函数形态复杂,不影响极值位置的结论。