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96 台灣大學微積分(C) 第 7 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分C

96學年度 · 96台大微積分C · 第 7 題

題目

7. 點在 x+y+z=35x+y+z=35 之上,f(x,y,z)=y+xz−2x2−y2−z2f(x,y,z)=y+xz-2x^2-y^2-z^2 的最大值是 ‾\underline{\quad\quad}。

解答

解法一

思路

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  • 約束是一個平面,可先以 z=35−x−yz=35-x-y 消去一個變數。
  • 得到的二次函數 Hessian 為負定,故其唯一臨界點就是全域最大點。

答題過程

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由 x+y+z=35x+y+z=35,令 z=35−x−yz=35-x-y。代入後

f(x,y)=y+x(35−x−y)−2x2−y2−(35−x−y)2.f(x,y)=y+x(35-x-y)-2x^2-y^2-(35-x-y)^2.

求偏導:

fx=105−8x−3y,fy=71−3x−4y.f_x=105-8x-3y, \qquad f_y=71-3x-4y.

令兩式為零,得

x=9,y=11,z=35−9−11=15.x=9, \qquad y=11, \qquad z=35-9-11=15.

而二階導數矩陣為

(−8−3−3−4),\begin{pmatrix}-8&-3\\-3&-4\end{pmatrix},

其第一個主子式為負、行列式為正,故為負定矩陣。此點給出最大值:

f(9,11,15)=−362.f(9,11,15)=\boxed{-362}.