題目
3. Use Lagrange multiplier or any other method to find the maximum and minimum of
f(x,y)=x3+y3+3xy in the closed unit disk
x2+y2≤1.
(20/100)
解答
解法一
思路
展開
- 閉單位圓盤是緊集,連續函數一定取得最大、最小值;需同時檢查內部臨界點和圓周邊界。
- 在邊界以 s=x+y 表示函數值,可把二變數限制問題化成一元區間極值。
答題過程
展開
內部臨界點滿足
fx=3x2+3y=0,fy=3y2+3x=0.
在圓盤內只有 (0,0),其函數值為 0。
邊界上 x2+y2=1。令 s=x+y、p=xy,則 p=(s2−1)/2,且 −2≤s≤2。利用
x3+y3=s(1−p),
得到
f=2−s3+3s2+3s−3.
其導數為 −23(s2−2s−1)。區間內的臨界值是 s=1−2;連同兩端點比較,
f(1−2)=f(−2)=f(2)=1−22,23−2,23+2.
因此最大值是
23+2,發生於 (21,21).
最小值是
1−22,
發生於兩點
(21−2±22−1,21−2∓22−1).