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次の関数の極値を求めよ.
f(x,y)=4x2+2xy+y2+4x+4y
点 (0,−2) で極小値 −4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(4x2+2xy+y2+4x+4y) =8x+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(4x2+2xy+y2+4x+4y) =2x+2y+4
両者を連立させる.
{8x+2y+4=0 ⋯⋯(1)2x+2y+4=0 ⋯⋯(2)
(2)から
2x+2y+4=0
x+y+2=0
x=−y−2 ・・・・・・(3)
これを(1)に代入する.
8(−y−2)+2y+4=0
−8y−16+2y+4=0
−6y−12=0
−6y=12
y=−2
求めたy を(3)に代入する.
x=−(−2)−2=2−2=0
以上から極値をとる候補は (0,−2) 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(8x+2y+4) =8
fyy(x,y)= ∂2∂y2f(x,y) =∂∂y(∂∂yf(x,y)) =∂∂y(2x+2y+4) =2
fxy(x,y)=∂2∂y∂xf(x,y) =∂∂y(∂∂xf(x,y)) =∂∂y(8x+2y+4) =2
以上から A,D を求めると
A=fxx(0,−2) =8
となる.
A>0,D<0 より,点 (0,−2) で極小となる.
この点での値は
f(0,−2)=4·02−2·0·(−2)+(−2)2+4·0+4·(−2)
=0+0+4+0−8
=−4
従って,この関数は点 (0,−2) で極小値 −4 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