ВАРИАНТ  17

Задача А :: Найти область определения функции  A = `/`(`*`(arcsin, `*`(x)), `*`(`^`(y, 2))) 

Решение 

Функция z = `/`(`*`(arcsin, `*`(x)), `*`(`^`(y, 2))) определена при условии 

 

Неравенство  `<=`(abs(x), `*`(`^`(y, 2))) определяет часть плоскости, находящуюся вне парабол x = `&+-`(`*`(`^`(y, 2))).  

Все точки, принадлежащие фигуре серого цвета и составляют область определения D(z) (без точки (0;0)). 

Image 

 

Изобразим поверхность, являющуюся графиком функции: 

Image 

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

Решение 

Для данной функции 

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

найдём частные производные первого порядка: 

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

Частные производные второго порядка: 

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

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

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

В явном виде: 

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

Diff(`/`(`*`(`^`(x, 2)), `*`(`^`(y, 2))), y, y) = `+`(`/`(`*`(6, `*`(`^`(x, 2))), `*`(`^`(y, 4))))

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

График функции: 

Image 

 

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

Решение 

Для данной функции z = cos(`*`(x, `*`(`^`(y, 2))))

по определению, дифференциалом является выражение:

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

В явном виде: 

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

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

 

 

Маплет 

-10, {[{y = 1, x = -2}, -10]}

1640, {[{y = 10, x = 10}, 1640]}

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