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次の関数の極値を求めよ.
f(x,y)=x2−2xy+3y2−4x+5y
(74,−14) で極小値 −338 をとる.
2変数関数の極値の定理1を使用する.
与えられた関数を x,y でそれぞれ偏微分し,連立方程式
{∂∂xf(x,y)=0∂∂yf(x,y)=0
とし,その解(x,y)=(a,b)を求める.
更に
∂2∂x2f(x,y)=fxx(x,y) ,∂2∂y2f(x,y)=fyy(x,y) ,∂2∂y∂xf(x,y)=fxy(x,y)
をそれぞれ求め
A=fxx(a,b) , D={fxy(a,b)}2−fxx(a,b)·fyy(a,b)
を計算して極値を判定する.
与式を x で偏微分(偏導関数の定義より, y を定数とみなして x で微分)すると
∂∂xf(x,y) =∂∂x(x2−2xy+3y2−4x+5y)=2x−2y−4
次に f(x,y) を y で偏微分(偏導関数の定義より, x を定数とみなして y で微分)すると
∂∂yf(x,y) =∂∂y(x2−2xy+3y2−4x+5y)=−2x+6y+5
両者を連立させる.
{2x−2y−4=0 ⋯⋯(1)−2x+6y+5=0 ⋯⋯(2)
(1)から
2x−2y−4=0
x−y−2=0
x=y+2 ・・・・・・(3)
これを(2)に代入する.
−2(y+2)+6y+5=0
−2y−4+6y+5=0
4y+1=0
4y=−1
y=−14
求めたy を(3)に代入する.
x=−14+2=−1+84=74
以上から極値をとる候補は (74,−14) となる.
次に
∂2∂x2f(x,y)=fxx(x,y) ,∂2∂y2f(x,y)=fyy(x,y) ,∂2∂y∂xf(x,y)=fxy(x,y)
をそれぞれ求める.
fxx(x,y)=∂2∂x2f(x,y) =∂∂x(∂∂xf(x,y)) =∂∂x(2x−2y−4)=2
fyy(x,y)=∂2∂y2f(x,y) =∂∂y(∂∂yf(x,y)) =∂∂y(−2x+6y+5)=6
fxy(x,y)=∂2∂y∂xf(x,y) =∂∂y(∂∂xf(x,y)) =∂∂y(2x−2y−4)=−2
以上から A,D を求めると
A=fxx(74,14) =2
D={fxy(74,14)}2−fxx(74,14)·fyy(74,14) =(−2)2−2·6=4−12=−8
となる.
A>0,D<0 より,点 (74,−14) で極小となる.
この点での値は
f(74,−14)=(74)2−2·74·(−14)+3·(−14)2−4·74+5·(−14)
=4916+1416+316−7−54
=49+14+3−112−2016
=−6616
=−338
従って,この関数は点 (74,−14) で極小値 −338 をとる.
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学生スタッフ作成
最終更新日: 2023年9月21日