ВАРИАНТ  18

Задача 12 :: Найти наибольшее и наименьшее значения функции `and`(z = f(x, y), f(x, y) = `*`(x, `*`(y)))  

в замкнутой области D; -1; `<=`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), 1).

Сделать рисунок области D.


2D-Function
 

Область D - круг, ограниченный окружностью  `+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))) = 1.

1) Находим стационарные точки внутри области D.

Имеем и систему для определения стационарной точки:

Стационарная точка ,

поэтому вычисляем в ней значение функции:

z(0, 0) = 0

2) Исследуем функцию на границе области, которая представляет из себя окружность

 `+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))) = 1.

Выразим одну переменную через другую:
`implies`(`*`(`^`(x, 2)) = `+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2)))), x = `&+-`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2)))))))

Подставим значение x = `&+-`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))))  в функцию z = f(x, y)

 и получим два вида функции одной переменной:
Z(y) = `&+-`(`*`(y, `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))))))

Необходимо найти наибольшее и наименьшее значения этих функций

 на отрезке `and`(`<=`(-1, y), `<=`(y, 1))

Находим критические точки:

diff(Z(y), y) = `&+-`(`+`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))), `*`(y, `*`(`*`(`+`(`-`(`*`(2, `*`(y)))), `/`(`+`(`*`(2, `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))))))))))))
`and`(diff(Z(y), y) = `&+-`(`+`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))), `-`(`/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2)))))))))), `&+-`(`+`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))), `-`(`/`(`*`(`^`(y, 2...
`and`(diff(Z(y), y) = `&-+`(`/`(`*`(`+`(`*`(2, `*`(`^`(y, 2))), `-`(1))), `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2)))))))), `&-+`(`/`(`*`(`+`(`*`(2, `*`(`^`(y, 2))), `-`(1))), `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2...

Критические точки: `and`(y = `&+-`(`/`(1, `*`(sqrt(2)))), `&+-`(`/`(1, `*`(sqrt(2)))) = `&+-`(`+`(`*`(`/`(1, 2), `*`(sqrt(2)))))) 

Вычисляем значения функций в критических точках и на концах отрезка [-1;1]: 

Z[1](y) = `*`(y, `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))))) 

Z[1](`&+-`(1)) = 0 

`and`(Z[1](`&+-`(`/`(1, `*`(sqrt(2))))) = `&+-`(`*`(`/`(1, `*`(sqrt(2))), `/`(1, `*`(sqrt(2))))), `&+-`(`*`(`/`(1, `*`(sqrt(2))), `/`(1, `*`(sqrt(2))))) = `&+-`(`/`(1, 2))) 

Z[2](y) = `+`(`-`(`*`(y, `*`(sqrt(`+`(1, `-`(`*`(`^`(y, 2))))))))) 

Z[2](`&+-`(1)) = 0 

`and`(Z[2](`&+-`(`/`(1, `*`(sqrt(2))))) = `&-+`(`*`(`/`(1, `*`(sqrt(2))), `/`(1, `*`(sqrt(2))))), `&-+`(`*`(`/`(1, `*`(sqrt(2))), `/`(1, `*`(sqrt(2))))) = `&-+`(`/`(1, 2))) 

Из всех полученных значений выбираем наименьшее и наибольшее. 

Наименьшим значением функции z = `*`(x, `*`(y)) в круге `<=`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), 1) является: 

 

Наибольшим значением функции z = `*`(x, `*`(y)) в круге `<=`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), 1) является: 

 

Проверка 

2D-Function 

Наименьшее и наибольшие значения: {-`/`(1, 2), `/`(1, 2)}

Точки наибольших и наименьших значений: 

{{x = `+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2)))))), y = `+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2))))))}, {x = `+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2)))))), y = `+`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, ...

{{x = `+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2)))))), y = `+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2))))))}, {x = `+`(`-`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2)))))), y = `+`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, ...

Оказалось, что указанные значения функция принимает не в стационарной точке,

а на границе области - на линии пересечения цилиндрической поверхности `+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))) = 1 и графика функции z = `*`(x, `*`(y)) . 

Disclaimer:
This web site has been independently produced and is not affiliated with Maplesoft,
or their web site at www.maplesoft.com.