ВАРИАНТ  13

Задача А :: Найти область определения функции  A = sqrt(`+`(`*`(`/`(1, 9), `*`(`^`(x, 2))), `-`(`*`(`/`(1, 25), `*`(`^`(y, 2)))), `-`(1))) 

Решение 

Функция z = sqrt(`+`(`*`(`/`(1, 9), `*`(`^`(x, 2))), `-`(`*`(`/`(1, 25), `*`(`^`(y, 2)))), `-`(1))) определена при условии 

iff(`>=`(`+`(`*`(`/`(1, 9), `*`(`^`(x, 2))), `-`(`*`(`/`(1, 25), `*`(`^`(y, 2)))), `-`(1)), 0), `>=`(`+`(`/`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(3, 2))), `-`(`/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(5, 2))))), 1)) 

Неравенство `>=`(`+`(`/`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(3, 2))), `-`(`/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(5, 2))))), 1) определяет часть плоскости, находящуюся левее и правее ветвей гиперболы `+`(`/`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(3, 2))), `-`(`/`(`*`(`^`(y, 2)), `*`(`^`(5, 2))))) = 1 (включая точки самой гипеболы). 

Все точки, принадлежащие фигуре серого цвета составляют область определения D(z): 

Image 

 

Изобразим график функции, являющий собой поверхность: 

Image 

Задача B :: Найти частные производные первого и второго порядков  B = ln(`+`(sqrt(x), sqrt(y))) 

Решение 

Частные производные первого порядка: 

z = ln(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2)))))

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

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

Частные производные второго порядка: 

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

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

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

Diff(ln(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2))))), x, x) = `+`(`-`(`/`(`*`(`/`(1, 4)), `*`(`^`(x, `/`(3, 2)), `*`(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2)))))))), `-`(`/`(`*`(`/`(1,...

Diff(ln(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2))))), y, y) = `+`(`-`(`/`(`*`(`/`(1, 4)), `*`(`^`(y, `/`(3, 2)), `*`(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2)))))))), `-`(`/`(`*`(`/`(1,...

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

Diff(ln(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2))))), x, x) = `+`(`-`(`/`(`*`(`/`(1, 4), `*`(`+`(`*`(2, `*`(`^`(x, `/`(3, 2)))), `*`(x, `*`(`^`(y, `/`(1, 2))))))), `*`(`^`(x, `/`(5, 2)), `*`(`...

Diff(ln(`+`(`*`(`^`(x, `/`(1, 2))), `*`(`^`(y, `/`(1, 2))))), y, y) = `+`(`-`(`/`(`*`(`/`(1, 4), `*`(`+`(`*`(y, `*`(`^`(x, `/`(1, 2)))), `*`(2, `*`(`^`(y, `/`(3, 2))))))), `*`(`^`(y, `/`(5, 2)), `*`(`...

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

График функции: 

Image 

Задача C :: Написать полный дифференциал функции  C = exp(`+`(`-`(`/`(`*`(x), `*`(y))))) 

Решение 

Вычислим, в соответствии с определением, дифференциал функции:

dz = `+`(`*`(Diff(exp(`+`(`-`(`/`(`*`(x), `*`(y))))), x), `*`(dx)), `*`(Diff(exp(`+`(`-`(`/`(`*`(x), `*`(y))))), y), `*`(dy)))

dz = `+`(`-`(`/`(`*`(exp(`+`(`-`(`/`(`*`(x), `*`(y))))), `*`(dx)), `*`(y))), `/`(`*`(x, `*`(exp(`+`(`-`(`/`(`*`(x), `*`(y))))), `*`(dy))), `*`(`^`(y, 2))))

 dz = `/`(`*`(exp(`+`(`-`(`/`(`*`(x), `*`(y))))), `*`(`+`(`-`(`*`(dx, `*`(y))), `*`(x, `*`(dy))))), `*`(`^`(y, 2)))

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

Maple-решение 

Найдём частные производные первого порядка: 

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

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

Diff(z, x) = `+`(`*`(2, `*`(x)), y, `-`(2)), Diff(z, y) = `+`(x, `*`(2, `*`(y)), `-`(1))

Стационарные точки находим из системы:  

{`+`(x, `*`(2, `*`(y)), `-`(1)) = 0, `+`(`*`(2, `*`(x)), y, `-`(2)) = 0}

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

Решим её подстановкой: 

PIECEWISE(`?`, `?`)

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

Корень второго уравнения:

 y[0] = 0

Значения абсциссы: 

x[0] = 1

Исследуемая функция имеет одну cтационарную точку: 

A(1, 0)

Найдём частные производные второго порядка: 

Diff(z, x, x) = 2, Diff(z, y, y) = 2, Diff(z, x, y) = 1

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

Для точки А имеем: 

Delta[A] = 3

Т.к. в точке А величина Delta[A] положительна, то в ней функция принимает экстремальное значение. 

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

z(A) = z[min], z[min] = -1

Проиллюстрируем поведение функции вблизи точки А: 

Image 

 

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