题目
[题目]-|||-求函数 (x,y)=(x)^2(2+(y)^2)+yln y 的极值.

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查二元函数极值的求解方法,包括临界点的求解和二阶导数检验法的应用。
解题核心思路:
- 求偏导数:分别计算函数对$x$和$y$的一阶偏导数,并解方程组找到临界点。
- 二阶导数检验:通过计算二阶偏导数,构造Hessian矩阵,判断临界点的性质(极小值、极大值或鞍点)。
破题关键点:
- 一阶偏导数为零:通过$\frac{\partial f}{\partial x}=0$和$\frac{\partial f}{\partial y}=0$联立求解临界点。
- Hessian矩阵的行列式:通过二阶偏导数的组合判断极值的存在性及类型。
1. 求一阶偏导数
- 对$x$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial x} = 2x(2 + y^2)$ - 对$y$求偏导:
$\frac{\partial f}{\partial y} = 2x^2 y + \ln y + 1$
2. 解方程组求临界点
- 令$\frac{\partial f}{\partial x}=0$:
$2x(2 + y^2) = 0 \implies x = 0 \quad (\text{因$2 + y^2 > 0$})$ - 代入$x=0$到$\frac{\partial f}{\partial y}=0$:
$\ln y + 1 = 0 \implies y = e^{-1}$
临界点为$(0, e^{-1})$。
3. 二阶导数检验
- 计算二阶偏导数:
$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} = 2(2 + y^2), \quad \frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = 4xy, \quad \frac{\partial^2 f}{\partial y^2} = 2x^2 + \frac{1}{y}$ - 在$(0, e^{-1})$处:
$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} = 2(2 + e^{-2}), \quad \frac{\partial^2 f}{\partial x \partial y} = 0, \quad \frac{\partial^2 f}{\partial y^2} = e$ - Hessian行列式:
$D = \left(2(2 + e^{-2})\right)(e) - 0^2 = 2e(2 + e^{-2}) > 0$
且$\frac{\partial^2 f}{\partial x^2} > 0$,故$(0, e^{-1})$为极小值点。
4. 计算极小值
$f(0, e^{-1}) = 0^2(2 + e^{-2}) + e^{-1} \ln(e^{-1}) = -e^{-1}$