- •3.1 Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции нескольких переменных в замкнутой области
- •3.1 Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции в замкнутой области
- •Порядок выполнения работы:
- •Литература
- •1 Hахождение наибольшего и наименьшего значения функции нескольких переменных в замкнутой области
- •1.1 Теоретическое введение
- •1.2 Содержание типового расчета
- •1.3 Пример выполнения типового расчета
- •3.3 Функции нескольких переменных, приложения градиента
- •3 Функции нескольких переменных. Приложения градиента
- •3.1 Теоретическое введение
- •3.1.1 Производная по направлению и градиент
- •1.4 Оформление отчета
- •3.2 Содержание типового расчета
- •3.3 Пример выполнения типового расчета
- •3.4 Оформление отчета
- •3.3 Применение градиента Порядок выполнения работы:
- •4.2 Содержание типового расчета
- •4.3 Пример выполнения типового расчета
- •3 Приложения двойных интегралов
- •3.1 Теоретическое введение
- •3.1.1 Вычисление площади и массы плоской пластины
- •3.1.2 Статические моменты. Центр масс плоской пластины
- •3.2 Содержание типового расчета
- •3.3 Порядок выполнения типового расчета
- •3.4 Примеры выполнения типового расчета
- •3.5 Оформление отчета в отчете должны быть представлены все выполненные расчеты, аккуратно выполненные чертежи. Численные ответы должны быть получен5.4 Приложения тройных интегралов
- •4 Приложения тройных интегралов
- •4.1 Теоретическое введение
- •4.1.1 Вычисление площади и массы пространственного тела
- •4.1.2 Статические моменты. Центр масс пространственного тела
- •4.1.3 Момент инерции пространственного тела
- •4.2 Содержание типового расчета
- •4.3 Порядок выполнения типового расчета
- •4.4 Пример выполнения типового расчета
- •4.5 Оформление отчета
1.2 Содержание типового расчета
В типовом расчете требуется найти наибольшее и наименьшее значения функции z = f(x, y) в ограниченной замкнутой области G. Типовой расчет содержит две задачи.
1.3 Пример выполнения типового расчета
Задача 1. Найти наибольшее и наименьшее значения функции z = x2 – 2y2 + 4xy – 6x – 1 в области x ≥ 0, y ≥ 0, x + y ≤ 4. Решение. Представим указанную область графически (рис. 1). Точки, в которых функция принимает наибольшее и наименьшее значения, могут находится как внутри области, так и на ее границе.
Рис. 1
1.
Если функция принимает наибольшее
(наименьшее) значение во внутренней
точке области, то в этой точке частные
производные
z'x =
2x +
4y –
6 и z'y =
– 4y +
4x
должны
обращаться в нуль.
Найдем
стационарные точки, решая
систему:
Имеем
одну точку M1(1;
1), которая находится внутри заданной
области. В точке M1 значение
функции равно:
z (M1)
= z (1;
1) = 12 –
2 · 12 +
4 · 1 · 1 – 6 · 1 – 1 = – 4.
2.
Перейдем к исследованию функции на
границах области.
а)
На отрезке OA:
x =
0, 0 ≤ y ≤ 4, z = –2 y2 –
1 = z ( y ).
Задача
сводится к отысканию стационарной точки
функции одного аргумента на отрезке
[0; 4]. Находим производную z'y =
– 4y.
Решаем
уравнение z'y =
0
y =
0.
На
отрезке OA находится
одна стационарная точка O (0;
0). Находим значение функции z в
этой точке z (0)
= –1.
б)
На отрезке OB:
y = 0, 0 ≤ x ≤
4, z = x2 –
6x –
1 = z ( x ).
Находим z'x =
2x –
6. z'x =
0 при x =
3. Получили стационарную точку M2 (3;
0) на отрезке OB.
Значение функции z в
этой точке z(M2)
= z(3;
0) = –10.
в)
На отрезке AB:
x
+ y =
4 или y =
4 – x,
где 0 ≤ x ≤
4.
И
в этом случае получаем функцию одной
переменной
z = x2 –2(4
– x)2 +
4x(4
– x)
– 6x –
1 = – 5x2 +
26x –
33 = z (x).
Ее
исследование на экстремум дает
z'x =
–10x +
26
z'x =
0
x =
2,6, тогда y =
1,4.
Таким
образом, на отрезке AB имеем
стационарную точку M3 (2,6;
1,4). Значение функции z в
точке M3 равно z(M3)
= z (2,6;
1,4) = 0,8.
3.
Вычислим значение функции z (x,y)
в точках пересечения границ O,
A, B.
В точке O (0;
0) расчет уже произведен.
z (A)
= z (0;
4) = – 33; z (B )
= z (4; 0) = – 9.
Из
всех полученных нами значений функции
в стационарных точках z (M1)
= – 4; z (0)
= – 1; z (M2)
= – 10; z(M3)
= 0,8 и в точках пересечения границ
области z (A)
= – 33, z (B)
= – 9 выбираем наибольшее и наименьшее:
zнаиб = z (M3) = z (2,6; 1,4) = 0,8. zнаим = z (A) = z (0; 4) = – 33.
Задача
2. Найти
наибольшее и наименьшее значения
функции z =
7x –
13y +
3 в области x2 + y2 ≤
64, y ≤ x.
Решение 1.
Для отыскания стационарных точек
заданной функции нужно решить
систему
Так
как частные производные заданной функции
в нуль не обращаются, то функция
стационарных точек не имеет.
2.
Исследуем функцию на границах области
(рис. 2).
Рис.
2
а)
На отрезке AB :
y = x;
z =
7x –
13x +
3 = – 6x +
3 = z (x).
z'x =
– 6 ≠ 0.
Так
как на прямой AB производная
в нуль не обращается, функция не имеет
на этой прямой стационарных точек.
б)
Для исследования функции на
окружности x2 + y2 =
64 используем метод неопределенных
множителей Лагранжа. Составим функцию
Лагранжа
F (x, y, λ)
= z (x, y)
+ λφ (x,
y)
= 7x –
13y +
3 + λ (x2 + y2 –
64).
Для
нахождения стационарных точек необходимо
решить систему уравнений
.
Из
первых двух уравнений найдем
,
и
подставим в третье уравнение
=64
218
= 256λ2
λ2 =
≈
0,852.
Откуда λ ≈
± 0,923. Получили две стационарные точки
на окружности. При λ1 =
0,923 находим x1 =
– 3,79, y1 =
7,04. Точка M1 (–
3,79; 7,04) не принадлежит заданной области
(рис. 2).
Значению λ2 =
– 0,923 соответствуют x2 =
3,79, y2 =
– 7,04. Точка M2 (3,79;
– 7,04) принадлежит заданной области.
Вычислим значение функции z в
этой точке
z (M2)
= z (3,79;
–7,04) = 121,05 ≈ 121.
3.
Вычислим значения функции в точках
пересечения границ x2 + y2 =
64 и y = x:
x2 + x2 =
64
x2 =
32
x =
±
≈
± 5,66.
В
точке A (5,66;
5,66) z (A)
= – 30,96 ≈ – 31,0.
В
точке B (–
5,66; – 5,66) z (B)
= 36,96 ≈ 37,0.
Мы
нашли одну стационарную точку M2,
z (M2)
= 121 и вычислили функцию в двух «угловых»
точках z(A)
≈ –31,0, z(B)
≈ 37,0. Из полученных значений выбираем
наибольшее и наименьшее, получаем
ответ
zнаиб = z (M2)
= z (3,79;
– 7,04) = 121,
zнаим = z (A)
= z (5,66;
5,66) = – 31,0.
