問題を解くのに必要な知識を確認するにはこのグラフ図を利用してください.

2変数関数の極値

■問題

次の関数の極値を求めよ.

f( x,y )= x 2 2xy+3 y 2 4x+5y

■答

( 7 4 , 1 4 ) で極小値 33 8 をとる. 

■ヒント

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

{ x f( x,y )=0 y f( x,y )=0

とし,その解 x , y = a , b を求める.

更に

2 x 2 f x,y = f xx x,y 2 y 2 f x,y = f yy x,y 2 yx f x,y = f xy x,y

をそれぞれ求め

A= f xx ( a,b ), D= { f xy ( a,b ) } 2 f xx ( a,b )· f yy ( a,b )

を計算して極値を判定する.

■解説

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

x f( x,y ) = x ( x 2 2xy+3 y 2 4x+5y ) =2x2y4

次に f( x,y ) 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

y f( x,y ) = y ( x 2 2xy+3 y 2 4x+5y ) =2x+6y+5

両者を連立させる.

{ 2x2y4=0( 1 ) 2x+6y+5=0( 2 )

(1)から

2x2y4 =0

xy2 =0

x =y+2  ・・・・・・(3)

これを(2)に代入する.

2( y+2 )+6y+5 =0

2y4+6y+5 =0

4y+1 =0

4y =1

y = 1 4

求めた y を(3)に代入する.

x = 1 4 +2 = 1+8 4 = 7 4

以上から極値をとる候補は ( 7 4 , 1 4 ) となる.

次に

2 x 2 f x,y = f xx x,y 2 y 2 f x,y = f yy x,y 2 yx f x,y = f xy x,y

をそれぞれ求める.

f xx x,y = 2 x 2 f( x,y ) = x ( x f( x,y ) ) = x ( 2x2y4 ) =2

f yy x,y = 2 y 2 f( x,y ) = y ( y f( x,y ) ) = y ( 2x+6y+5 ) =6

f xy x,y = 2 yx f( x,y ) = y ( x f( x,y ) ) = y ( 2x2y4 ) =2

以上から A,D を求めると

A = f xx 7 4 , 1 4 =2

D = f xy 7 4 , 1 4 2 f xx 7 4 , 1 4 · f yy 7 4 , 1 4 = ( 2 ) 2 2·6 =412 =8

となる.

A>0,D<0 より,点 ( 7 4 , 1 4 ) で極小となる.

この点での値は

f( 7 4 , 1 4 ) = ( 7 4 ) 2 2· 7 4 ·( 1 4 )+3· ( 1 4 ) 2 4· 7 4 +5·( 1 4 )

= 49 16 + 14 16 + 3 16 7 5 4

= 49+14+311220 16

= 66 16

= 33 8

従って,この関数は点 ( 7 4 , 1 4 ) で極小値 33 8 をとる.

 

ホーム>>カテゴリー分類>>微分>>偏微分>>問題演習>>2変数関数の極値

学生スタッフ作成

最終更新日: 2023年9月21日

[ページトップ]

金沢工業大学

利用規約

google translate (English version)