条件x^2+y^2≦9の条件のもとで、関数f(x,y)=x^4+y^4-4(x-y)^2の 最大値と最小値を求めよ。
答え、解説がなく困っています よろしくお願いします
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No.57048 - 2019/03/06(Wed) 11:48:21
| ☆ Re: 最大・最小問題 / らすかる | | | (x,y)=(2,-2)のときの-32の方が小さく、これが最小値だと思います。 また、最大値は (x,y)=((√13+√5)/2,(√13-√5)/2)のときの53だと思います。
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No.57053 - 2019/03/06(Wed) 14:09:07 |
| ☆ Re: 最大・最小問題 / らすかる | | | うっかりしていましたが、 最小値-32をとるx,yは(x,y)=(±2,干2) (複号同順)の2つ、 最大値53をとるx,yは (x,y)=((√13±√5)/2,(√13干√5)/2), (-(√13±√5)/2,-(√13干√5)/2) (複号同順) の4つでした。
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No.57056 - 2019/03/06(Wed) 15:28:47 |
| ☆ Re: 最大・最小問題 / d | | | みなさん、ありがとうございます。 解法としてラグランジュの未定乗数法を用いると 思ったのですが、どなたか解法を教えていただけませんか?
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No.57059 - 2019/03/06(Wed) 16:53:03 |
| ☆ Re: 最大・最小問題 / のみ | | | https://userdisk.webry.biglobe.ne.jp/020/691/47/N000/000/007/155186363145140399179.gif です
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No.57062 - 2019/03/06(Wed) 18:17:39 |
| ☆ Re: 最大・最小問題 / らすかる | | | x+y=u,x-y=vとおくと x=(u+v)/2, y=(u-v)/2, x^2+y^2=(u^2+v^2)/2, xy=(u^2-v^2)/4 x^2+y^2≦9 → u^2+v^2≦18 f(x,y)=x^4+y^4-4(x-y)^2 =(u^4+v^4+6u^2v^2-32v^2)/8 U=u^2,V=v^2とおけば 0≦U,0≦V,U+V≦18,f(x,y)=(U^2+V^2+6UV-32V)/8 これが最小値をとるのは明らかにU=0のとき (V^2-32V)/8=(V-16)^2/8-32なのでU=0,V=16のとき最小値-32 逆算して(x,y)=(±2,干2)のとき最小値-32 最大値の方はUが大きいほど値が大きくなるので、U+V=18のとき U=18-Vを代入して整理すると f(x,y)=(-V^2+10V+81)/2=-(V-5)^2/2+53なので U=13,V=5のとき最大値53 逆算して(x,y)=((√13±√5)/2,(√13干√5)/2), (-(√13±√5)/2,-(√13干√5)/2)のとき最大値53
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No.57063 - 2019/03/06(Wed) 18:24:59 |
| ☆ Re: 最大・最小問題 / 黄桃 | | | 条件で示されているx,yの範囲はコンパクトなので極値と境界の挙動を調べればよい。
まず、(x,y)が条件を満たす範囲でf(x,y)の極値を探す(無条件の場合と同じに求めればいいが、範囲外の解は求める必要なし)。 もし、範囲内に極大値/極小値を与える値があれば、これらの中に最大/最小がある。 どちらか一方、あるいは、両方とも条件の範囲内になければ、次に、境界での挙動を調べる。 境界での挙動は、 x=3cos(t), y=3sin(t)として1変数関数に帰着してもいいし、ラグランジュの未定乗数法を用いてもいい。 後者であれば、普通に3つの偏微分を計算して0とおいた連立方程式を解いていく。 計算していくと(一例です)、 (x+y)(2x^2-2xy+2y^2-t)=0 となる。x=-yの場合を計算し、(x,y)=(士3/√2,干3/√2) 次にt=2x^2-2xy+2y^2 の場合を計算し、 (x-y)(xy-2)=0 を得る。x=yの場合を求め(これも最大ではない)x=y=±3/√2を得る。 残ったxy=2の場合は x^2=(1/2)(9±√65)=(√13±√5)^2/2^2 より、x=±(√13±√5)/2 (複号任意) xy=2 より、y=干(√13干√5)/2 (xy=2となるようにxに合わせて取る) となり、これらの場合を比較してらすかるさんと同じ結果を得る。
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No.57072 - 2019/03/07(Thu) 08:01:50 |
| ☆ Re: 最大・最小問題 / d | | | 様々な方法での解説ありがとうございました。 大変分かりやすく、理解することができました!
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No.57076 - 2019/03/07(Thu) 09:58:34 |
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