ВАРИАНТ  5

Задача А :: Найти область определения функции  A = ln(`+`(`-`(x), y)) 

Решение 

Функция z = ln(`+`(`-`(x), y)) определена при условии 

iff(`>`(`+`(`-`(x), y), 0), `>`(y, x)) 

Неравенство  `>`(y, x) определяет полуплоскость, находящуюся над прямой y = x.  

Все точки, принадлежащие фигуре серого цвета и составляют область определения D(z) (без точек прямой). 

Image 

Изобразим график функции, являющий собой поверхность: 

Image 

Задача B :: Найти частные производные первого и второго порядков  B = arctg(`/`(`*`(y), `*`(x))) 

Решение 

Частные производные первого порядка: 

z = arctan(`/`(`*`(y), `*`(x)))

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x) = `+`(`-`(`/`(`*`(y), `*`(`^`(x, 2), `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2)))))))))

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), y) = `/`(1, `*`(x, `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2)))))))

Частные производные второго порядка: 

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x, x) = Diff(`+`(`-`(`/`(`*`(y), `*`(`^`(x, 2), `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2))))))))), x)

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), y, y) = Diff(`/`(1, `*`(x, `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2))))))), y)

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x, y) = Diff(`+`(`-`(`/`(`*`(y), `*`(`^`(x, 2), `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2))))))))), y)

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x, x) = `+`(`/`(`*`(2, `*`(y)), `*`(`^`(x, 3), `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2))))))), `-`(`/`(`*`(2, `*`(`^`(y, 3))), `*`(`^`(x, 5), `*`(`^`(`+`(1, `/`(`...

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), y, y) = `+`(`-`(`/`(`*`(2, `*`(y)), `*`(`^`(x, 3), `*`(`^`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2)))), 2))))))

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x, y) = `+`(`-`(`/`(1, `*`(`^`(x, 2), `*`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2)))))))), `/`(`*`(2, `*`(`^`(y, 2))), `*`(`^`(x, 4), `*`(`^`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)...

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x, x) = `+`(`/`(`*`(2, `*`(y, `*`(x))), `*`(`^`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), 2))))

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), y, y) = `+`(`-`(`/`(`*`(2, `*`(y)), `*`(`^`(x, 3), `*`(`^`(`+`(1, `/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(x, 2)))), 2))))))

Diff(arctan(`/`(`*`(y), `*`(x))), x, y) = `+`(`-`(`/`(`*`(`+`(x, `-`(y)), `*`(`+`(x, y))), `*`(`^`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), 2)))))

График функции: 

Image 

Задача C :: Написать полный дифференциал функции  C = `*`(sin, `*`(`^`(x, 2), `*`(y))) 

Решение 

Вычислим, в соответствии с определением, дифференциал функции:

dz = `+`(`*`(Diff(sin(`*`(`^`(x, 2), `*`(y))), x), `*`(dx)), `*`(Diff(sin(`*`(`^`(x, 2), `*`(y))), y), `*`(dy)))

dz = `+`(`*`(2, `*`(cos(`*`(`^`(x, 2), `*`(y))), `*`(x, `*`(y, `*`(dx))))), `*`(cos(`*`(`^`(x, 2), `*`(y))), `*`(`^`(x, 2), `*`(dy))))

 dz = `*`(x, `*`(cos(`*`(`^`(x, 2), `*`(y))), `*`(`+`(`*`(2, `*`(dx, `*`(y))), `*`(x, `*`(dy))))))

Задача D :: Найти экстремум функции двух переменных  D = `+`(`*`(`^`(x, 3)), `*`(4, `*`(x, `*`(y))), `*`(2, `*`(`^`(y, 2))), `*`(4, `*`(y))) 

Maple-решение 

Найдём частные производные первого порядка: 

Diff(`+`(`*`(`^`(x, 3)), `*`(4, `*`(x, `*`(y))), `*`(2, `*`(`^`(y, 2))), `*`(4, `*`(y))), x) = `+`(`*`(3, `*`(`^`(x, 2))), `*`(4, `*`(y)))

Diff(`+`(`*`(`^`(x, 3)), `*`(4, `*`(x, `*`(y))), `*`(2, `*`(`^`(y, 2))), `*`(4, `*`(y))), y) = `+`(`*`(4, `*`(x)), `*`(4, `*`(y)), 4)

Diff(z, x) = `+`(`*`(3, `*`(`^`(x, 2))), `*`(4, `*`(y))), Diff(z, y) = `+`(`*`(4, `*`(x)), `*`(4, `*`(y)), 4)

Стационарные точки находим из системы:  

{`+`(`*`(3, `*`(`^`(x, 2))), `*`(4, `*`(y))) = 0, `+`(`*`(4, `*`(x)), `*`(4, `*`(y)), 4) = 0}

piecewise(`+`(`*`(4, `*`(x)), `*`(4, `*`(y)), 4) = 0, 1, `+`(`*`(3, `*`(`^`(x, 2))), `*`(4, `*`(y))) = 0, 2)

Решим её подстановкой: 

PIECEWISE(`?`, `?`)

piecewise(x = `+`(`-`(y), `-`(1)), 1, `+`(`*`(4, `*`(y)), `*`(3, `*`(`^`(`+`(`-`(y), `-`(1)), 2)))) = 0, 2)

Корни второго уравнения: 

y[1] = -3, y[2] = -`/`(1, 3)

Значения абсцисс: 

x[1] = 2, x[2] = -`/`(2, 3)

Исследуемая функция имеет две cтационарные точки: 

A(2, -3), B(-`/`(2, 3), -`/`(1, 3))

Найдём частные производные второго порядка: 

Diff(z, x, x) = `+`(`*`(6, `*`(x))), Diff(z, y, y) = 4, Diff(z, x, y) = 4

Понадобится значение выражения Delta = `+`(`*`(Diff(z, x, x), `*`(Diff(z, y, y))), `-`(`*`(`^`(Diff(z, y, x), 2)))), вычисленное в стационарных точках. 

Для точки А имеем: 

Delta[A] = 32

Для точки B имеем: 

Delta[B] = -32

Т.к. только в точке А величина  положительна, то именно в ней функция принимает экстремальное значение. 

Учитывая, что здесь `>`(Diff(z, x, x), 0), то 

z(A) = z[min], z[min] = -10

Проиллюстрируем поведение функции вблизи обеих точек: 

Image 

 

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