ВАРИАНТ  16

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

Решение 

Функция z = sqrt(`+`(`*`(`^`(a, 2)), `-`(`*`(`^`(x, 2))), `-`(`*`(`^`(y, 2))))) определена при условии 

iff(`>=`(`+`(`*`(`^`(a, 2)), `-`(`*`(`^`(x, 2))), `-`(`*`(`^`(y, 2)))), 0), `<=`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), `*`(`^`(a, 2)))) 

Неравенство  `<=`(`+`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), `*`(`^`(a, 2))) определяет круг радиуса |a| с центром в начале координат.  

Все точки этого круга составляют область определения D(z).  

Изобразим D(z), положив (для определенности) a = 1: 

Image 

На рисунке - поверхность, являющаяся графиком функции: 

Image 

Задача B :: Найти частные производные первого и второго порядков  B = `+`(`*`(`^`(x, 3)), `*`(`^`(x, 2), `*`(y)), `*`(`^`(y, 2))) 

Решение 

Для данной функции 

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

Найдём частные производные первого порядка: 

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

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

Частные производные второго порядка - это соответствующие первые производные от первых производных: 

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

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

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

В явном виде: 

Diff(`+`(`*`(`^`(x, 3)), `*`(`^`(x, 2), `*`(y)), `*`(`^`(y, 2))), x, x) = `+`(`*`(6, `*`(x)), `*`(2, `*`(y)))

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

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

График функции: 

Image 

 

Задача C :: Написать полный дифференциал функции  C = `+`(`*`(x, `*`(y)), `-`(`*`(`^`(x, 2), `*`(`^`(y, 3)))), `*`(`^`(x, 3), `*`(y))) 

Решение 

Для данной функции 

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

в соответствии с определением, дифференциал функции вычисляется по схеме: 

dz = `+`(`*`(Diff(`+`(`*`(x, `*`(y)), `-`(`*`(`^`(x, 2), `*`(`^`(y, 3)))), `*`(`^`(x, 3), `*`(y))), x), `*`(dx)), `*`(Diff(`+`(`*`(x, `*`(y)), `-`(`*`(`^`(x, 2), `*`(`^`(y, 3)))), `*`(`^`(x, 3), `*`(y...

В явном виде: 

dz = `+`(`*`(`+`(y, `-`(`*`(2, `*`(x, `*`(`^`(y, 3))))), `*`(3, `*`(`^`(x, 2), `*`(y)))), `*`(dx)), `*`(`+`(x, `-`(`*`(3, `*`(`^`(x, 2), `*`(`^`(y, 2))))), `*`(`^`(x, 3))), `*`(dy)))

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

Maple-решение 

Найдём частные производные первого порядка: 

Diff(z, x) = `+`(`*`(4, `*`(x)), `*`(3, `*`(y)), 1)

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

Стационарные точки находим из системы:  

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

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

Решим её подстановкой:

PIECEWISE(`?`, `?`)

 piecewise(x = `+`(`-`(`*`(`/`(3, 4), `*`(y))), `-`(`/`(1, 4))), 1, `+`(`*`(3, `*`(`^`(y, 2))), `-`(`*`(`/`(9, 4), `*`(y))), `-`(`/`(3, 4))) = 0, 2)

Корни второго уравнения: 

y[1] = 1, y[2] = -`/`(1, 4)

Значения абсцисс: 

x[1] = -1, x[2] = -`/`(1, 16)

Исследуемая функция имеет две cтационарные точки: 

A(-1, 1), B(-`/`(1, 16), -`/`(1, 4))

Найдём частные производные второго порядка: 

Diff(z, x, x) = 4, Diff(z, y, y) = `+`(`*`(6, `*`(y))), Diff(z, x, y) = 3

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] = 15

Для точки B имеем: 

Delta[B] = -15

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] = -1

Проиллюстрируем поведение функции вблизи обеих точек: 

Image 

 

Маплет 

-`/`(89, 8), {[{y = -2, x = `/`(5, 4)}, -`/`(89, 8)]}

1510, {[{x = 10, y = 10}, 1510]}

 

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