background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

130 

60 

Ekstrema lokalne funkcji dwu zmiennych 

 

 
Ekstremami lokalnymi funkcji nazywamy minimum lokalne i maksimum lokalne. 
 

Definicja maksimum lokalnego 

Funkcja 

R

D

R

f

2

:

 ma w punkcie 

D

y

x

P

)

,

(

0

0

0

 

maksimum lokalne

, je eli istnieje takie otoczenie 

D

r

P

U

)

,

(

0

 

punktu 

0

,  e warto  

)

(

0

P

f

jest nie mniejsza od warto ci   przyjmowanych w innych punktach tego otoczenia, tzn., 

gdy

)

(

)

(

0

P

f

P

f

 dla 

)

,

(

0

r

P

U

P

 

Definicja minimum lokalnego 

Funkcja 

R

D

R

f

2

:

 ma w punkcie 

D

y

x

P

)

,

(

0

0

0

 

minimum lokalne

, je eli istnieje takie otoczenie 

D

r

P

U

)

,

(

0

 

punktu 

0

,  e warto  

)

(

0

P

f

jest nie wi ksza od warto ci  przyjmowanych w innych punktach tego otoczenia, tzn., 

gdy

)

(

)

(

0

P

f

P

f

 dla 

)

,

(

0

r

P

U

P

  

Badanie ekstremów lokalnych funkcji dwu zmiennych polega na wykonywaniu nast puj cych operacji: 

1.

 

Wyznaczamy  pochodne  cz stkowe  pierwszego  rz du  i  rozwi zujemy  równanie 

0

)

(

=

′ P

f

  (

warunek  konieczny 

istnienia ekstremum lokalnego

).  

2.

 

Punkty, b d ce rozwi zaniami tego układu s  jedynymi, w których ekstremum mo e, ale nie musi, si  znajdowa . 

3.

 

W punktach, w których 

0

)

(

=

′ P

f

 obliczamy wyznacznik macierzy Hessego (

hesjan

=

2

2

2

2

2

2

y

f

x

y

f

x

y

f

x

f

Hf

yy

xy

yx

xx

f

f

f

f

y

f

x

y

f

x

y

f

x

f

=

=

2

2

2

2

2

2

2

,

xx

f

x

=

=

2

2

1

.  

4.

 

Je li 

0

2

>

0

1

>

, to w punkcie stacjonarnym funkcja f ma minimum lokalne. 

5.

 

Je li 

0

2

>

0

1

<

, to w punkcie stacjonarnym funkcja f ma maksimum lokalne.  

6.

 

Je li 

0

2

<

, to w punkcie stacjonarnym funkcja f nie ma ekstremum lokalnego. 

7.

 

Je li 

0

2

=

, to nic nie wiadomo o ekstremum lokalnym funkcji f

 

 

Zadanie 1. 

Zbada  ekstrema funkcji 

1

2

3

2

)

,

(

2

2

1

2

+

+

+

=

y

x

y

xy

x

y

x

f

 
Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

2

)

,

(

R

y

x

. Ekstremów nale y szuka  tam, gdzie 

0

)

(

=

′ P

f

]

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

=

[

]

1

3

2

3

4

+

+

=

y

x

y

x

 

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

+

=

+

0

1

3

0

2

3

4

y

x

y

x

 

⇔ 

)

,

(

5

2

5

1

=

P

 

Obliczymy macierz Hessego (macierz drugiej pochodnej) 

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

yy

xy

yx

xx

=

1

3

3

4

 

Poniewa  

0

4

1

>

=

0

5

9

4

1

3

3

4

2

<

=

=

=

,  wi c  funkcja  nie  ma  ekstremum  w  punkcie  stacjonarnym 

)

,

(

5

2

5

1

=

P

 

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

131 

Zadanie 2. 

Zbada  ekstrema funkcji 

1

2

)

,

(

4

4

1

5

5

1

+

+

+

=

x

xy

x

y

x

f

 
Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

2

)

,

(

R

y

x

. Ró niczkuj c otrzymujemy: 

]

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

=

]

2

[

3

4

4

1

4

xy

y

x

+

+

=

 

Ekstremów nale y szuka  tam, gdzie 

0

)

(

=

′ P

f

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

=

+

+

0

0

2

3

4

4

1

4

xy

y

x

  

Poniewa  pierwsze równanie rozpatrywanego układu równa  nie ma rozwi zania, wi c warunek konieczny na istnienie 
ekstremum nie jest spełniony w  adnym punkcie i w konsekwencji funkcja f nie ma ekstremów. 
 

Zadanie 3. 

Znale  ekstrema lokalne funkcji

10

16

4

6

3

)

,

(

2

2

+

+

+

=

y

y

x

x

y

x

f

Rozwi zanie  

Obliczamy pierwsze pochodne cz stkowe funkcji i przyrównujemy je do zera, aby wyznaczy  punkty, w których mog  
by  ekstrema, tzw. punkty stacjonarne: 

6

6

x

f

x

16

8

+

y

f

y

 

=

=

=

+

=

=

=

=

2

1

0

16

8

0

6

6

0

0

0

y

x

y

x

f

f

f

y

x

 

Jedynym punktem, w którym mo e istnie  ekstremum jest punkt 

)

2

,

1

(

=

P

Obliczamy macierz Hessego

=

=

8

0

0

6

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

yy

xy

yx

xx

Poniewa

0

48

0

8

6

8

0

0

6

2

>

=

=

=

 i 

0

6

1

>

=

, wi c funkcja posiada minimum lokalne w punkcie 

)

2

,

1

(

=

P

. Minimum to wynosi 

9

10

)

2

(

16

)

2

(

4

1

6

1

3

)

2

,

1

(

2

2

min

=

+

+

+

=

f

f

 

Zadanie 4. 

Znale  ekstrema lokalne funkcji 

3

6

)

,

(

2

+

+

=

y

x

y

x

y

y

x

f

Rozwi zanie  

Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

2

)

,

(

R

y

x

. Ekstremów nale y szuka  tam, gdzie 

0

)

,

(

=

y

x

f

1

2

)

,

(

=

x

y

y

x

f

x

6

2

)

,

(

+

=

y

x

y

x

f

y

3

4

)

,

(

x

y

y

x

f

xx

=

x

y

x

f

y

x

f

yx

xy

2

1

)

,

(

)

,

(

=

=

,

2

)

,

(

=

y

x

f

yy

.

 

 

=

=

=

=

=

=

=

+

=

=

=

=

4

4

6

4

2

6

2

2

0

6

2

0

1

2

0

)

,

(

0

)

,

(

0

)

,

(

'

y

x

x

x

x

y

y

x

x

y

y

x

x

y

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

 

Sprawdzamy, czy w punkcie 

)

4

,

4

(

=

P

 istniej  ekstrema lokalne podanej funkcji. Obliczamy macierz Hessego: 

=

=

2

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

4

1

4

1

8

1

"

"

"

"

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

yy

yx

xy

xx

 

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

132 

St d wynika,  e 

0

8

1

1

<

=

 i 

0

16

3

16

1

4

1

2

>

=

=

, wi c funkcja ma w punkcie 

)

4

,

4

(

=

P

 maksimum lokalne, które 

wynosi 

15

3

24

4

16

4

4

)

4

,

4

(

max

=

+

+

=

f

f

 

Zadanie 5. 

Zbada  ekstrema funkcji 

xy

y

x

y

x

f

3

)

,

(

3

3

+

=

 
Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

2

)

,

(

R

y

x

. Ekstremów nale y szuka  tam, gdzie 

0

)

(

=

′ P

f

]

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

=

]

3

3

3

3

[

2

2

x

y

y

x

=

 

 

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

=

0

3

3

0

3

3

2

2

x

y

y

x

 

⇔ 

=

=

x

y

y

x

2

2

 

⇔ 

)}

1

,

1

(

),

0

,

0

{(

P

 

 

Obliczymy macierz Hessego (macierz drugiej pochodnej) 

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

yy

xy

yx

xx

=

y

x

6

3

3

6

 

Poniewa

=

0

3

3

0

)

0

,

0

(

Hf

0

9

0

3

3

0

2

<

=

=

, wi c funkcja nie ma ekstremum w punkcie stacjonarnym 

)

0

,

0

(

=

P

 

Poniewa  

=

6

3

3

6

)

1

,

1

(

Hf

0

27

6

3

3

6

2

>

=

=

0

6

1

>

=

,  wi c  funkcja  ma  minimum  lokalne  w 

punkcie stacjonarnym 

)

1

,

1

(

=

P

. Minimum to wynosi: 

1

3

1

1

)

1

,

1

(

min

=

+

=

f

f

 

 

Zadanie 6. 

Zbada  ekstrema funkcji 

y

x

xy

x

y

x

f

24

51

3

)

,

(

2

3

+

=

 
Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

2

)

,

(

R

y

x

. Ekstremów nale y szuka  tam, gdzie 

0

)

(

=

′ P

f

]

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

=

]

24

6

51

3

3

[

2

2

+

=

xy

y

x

 

 

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

=

+

0

24

6

0

51

3

3

2

2

xy

y

x

 

⇔ 

=

=

+

4

51

2

2

xy

y

x

 

⇔ 

)}

1

,

4

(

),

4

,

1

(

),

4

,

1

(

),

1

,

4

{(

P

 

 

Obliczymy macierz Hessego (macierz drugiej pochodnej) 

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

yy

xy

yx

xx

=

x

y

y

x

6

6

6

6

 

Poniewa

=

24

6

6

24

)

1

,

4

(

Hf

0

540

24

6

6

24

2

>

=

=

0

24

1

<

=

,  wi c  funkcja  ma  maksimum 

lokalne w punkcie stacjonarnym 

)

1

,

4

(

=

P

152

max

=

f

 

Poniewa  

=

6

24

24

6

)

4

,

1

(

Hf

0

540

6

24

24

6

2

<

=

=

,  wi c  funkcja  nie  ma  ekstremum  w  punkcie 

stacjonarnym 

)

4

,

1

(

=

P

 

Poniewa  

=

6

24

24

6

)

4

,

1

(

Hf

0

540

6

24

24

6

2

<

=

=

,  wi c  funkcja  nie ma  ekstremum  w  punkcie  stacjonar-

nym 

)

4

,

1

(

=

P

152

min

=

f

 

Poniewa  

=

24

6

6

24

)

1

,

4

(

Hf

0

540

24

6

6

24

2

>

=

=

0

24

1

>

=

, wi c funkcja ma minimum lokalne w punk-

cie stacjonarnym 

)

1

,

4

(

=

P

 

 

Zadanie 7. 

Zbada  ekstrema funkcji 

|

|

5

|

|

3

)

,

(

y

x

y

x

f

+

=

 

 

 

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

133 

Mamy 

<

=

>

=

,

0

3

,

0

,

0

3

)

,

(

x

x

x

y

x

f

x

dla

dla

istnieje

nie

dla

  

<

=

>

=

.

0

5

,

0

,

0

5

)

,

(

y

y

y

y

x

f

y

dla

dla

istnieje

nie

dla

 

Jedynym punktem, w którym funkcja f mo e mie  ekstremum jest punkt 

)

0

,

0

(

. Rzeczywi cie w punkcie tym 

funkcja f ma minimum lokalne, gdy  dla wszystkich punktów 

)

0

,

0

(

)

,

(

y

x

 mamy  

)

0

,

0

(

0

|

|

5

|

|

3

)

,

(

f

y

x

y

x

f

=

>

+

=

 

Zadanie 8. 

Zbada  ekstrema funkcji 

2

2

5

3

4

)

,

(

y

x

y

x

f

+

=

 

Mamy 

=

+

=

),

0

,

0

(

)

,

(

),

0

,

0

(

)

,

(

5

3

3

)

,

(

2

2

y

x

y

x

y

x

x

y

x

f

x

dla

istnieje

nie

dla

 

=

+

=

),

0

,

0

(

)

,

(

),

0

,

0

(

)

,

(

5

3

5

)

,

(

2

2

y

x

y

x

y

x

y

y

x

f

y

dla

istnieje

nie

dla

 

Jedynym punktem, w którym funkcja f mo e mie  ekstremum jest punkt 

)

0

,

0

(

. Rzeczywi cie w punkcie tym funkcja f 

ma maksimum lokalne, gdy  dla wszystkich punktów 

)

0

,

0

(

)

,

(

y

x

 mamy 

)

0

,

0

(

4

5

3

4

)

,

(

2

2

f

y

x

y

x

f

=

<

+

=

 

Zadanie 9. 

Zbada  ekstrema funkcji 

2

2

4

4

2

4

2

)

,

(

y

xy

x

y

x

y

x

f

+

+

=

Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

2

)

,

(

R

y

x

. Ekstremów nale y szuka  tam, gdzie 

0

)

(

=

′ P

f

]

)

,

(

)

,

(

[

)

,

(

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

=

]

4

4

4

4

4

4

[

3

3

y

x

y

y

x

x

+

+

=

 

 

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

+

=

+

0

4

4

4

0

4

4

4

3

3

y

x

y

y

x

x

 

⇔ 

=

+

=

+

0

0

3

3

y

x

y

y

x

x

 

⇔ 

)}

2

,

2

(

),

2

,

2

(

),

0

,

0

{(

P

 

 

Obliczymy macierz Hessego (macierz drugiej pochodnej) 

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

yy

xy

yx

xx

=

4

12

4

4

4

12

2

2

y

x

 

Poniewa  

=

20

4

4

20

)

2

,

2

(

Hf

0

384

20

4

4

20

2

>

=

=

0

20

1

>

=

, wi c funkcja ma minimum lokalne w 

punkcie stacjonarnym 

)

2

,

2

(

=

P

:

8

min

=

f

 

Poniewa  

=

20

4

4

20

)

2

,

2

(

Hf

0

384

20

4

4

20

2

>

=

=

0

20

1

>

=

, wi c funkcja ma minimum lokalne w 

punkcie stacjonarnym 

)

2

,

2

(

=

P

8

min

=

f

 

Poniewa  

=

4

4

4

4

)

0

,

0

(

Hf

0

4

4

4

4

2

=

=

,  wi c  nie  wiadomo,  czy  funkcja f ma  ekstremum  w  punkcie 

stacjonarnym 

)

0

,

0

(

=

P

 

Rozpatrzmy przekrój powierzchni b d cej wykresem funkcji f płaszczyzn  

0

=

y

)

2

(

2

)

0

,

(

2

2

2

4

=

=

x

x

x

x

x

f

 

 

   W s siedztwie pocz tku układu funkcja ma warto ci ujemne. 

 

 

 

 

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

134 

Rozpatrzmy teraz przekrój powierzchni b d cej wykresem funkcji f płaszczyzn  

x

y

= : 

 

4

2

2

2

4

4

2

2

4

2

)

,

(

x

x

x

x

x

x

x

x

f

=

+

+

=

 

 W s siedztwie pocz tku układu funkcja ma warto ci dodatnie. 

 

 

 

 

 
Dlatego funkcja nie ma ekstremum w punkcie stacjonarnym 

)

0

,

0

(

=

P

 

 

 

Zadanie 10. 

Zbada  ekstrema funkcji 

y

x

yz

z

y

x

z

y

x

f

+

+

+

=

2

2

2

)

,

,

(

 
Funkcja jest ró niczkowalna dla ka dego 

3

)

,

,

(

R

z

y

x

. Ró niczkuj c otrzymujemy: 

]

)

,

,

(

)

,

,

(

)

,

,

(

[

)

,

,

(

z

y

x

f

z

y

x

f

z

y

x

f

z

y

x

f

z

y

x

=

[

]

y

z

z

y

x

+

+

+

+

=

2

1

2

1

2

 

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

+

=

+

+

=

+

0

2

0

1

2

0

1

2

y

z

z

y

x

 

⇔ 

)

,

,

(

3

1

3

2

2

1

=

P

 

Dalej 

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

zz

zy

zx

yz

yy

yx

xz

xy

xx

=

2

1

0

1

2

0

0

0

2

Poniewa  

0

2

1

<

=

0

4

2

0

0

2

2

>

=

=

0

6

2

1

0

1

2

0

0

0

2

3

<

=

=

,  wi c  funkcja  ma  w  punkcie 

)

,

,

(

3

1

3

2

2

1

=

P

 maksimum lokalne. 

 

Zadanie 11. 

Wyznaczy  ekstrema funkcji 

3

2

3

2

3

2

)

,

,

(

z

y

x

z

y

x

f

+

+

=

Rozwi zanie 

Obliczamy pochodne cz stkowe: 

 

(

)

3

3

2

,

,

x

z

y

x

f

x

=

(

)

3

3

2

,

,

y

z

y

x

f

y

=

,  

(

)

3

3

2

,

,

z

z

y

x

f

z

=

.  

Pochodne te nie istniej  w punkcie 

)

0

,

0

,

0

(

=

P

. Punkt ten nale y do wn trza okre lono ci funkcji. Rozpatruj c ró nic  

3

2

3

2

3

2

)

0

,

0

,

0

(

)

,

,

(

z

y

x

w

z

y

x

f

+

+

=

  w  otoczeniu  punktu  P  stwierdzimy,  e  jest  ona  nieujemna.  W  punkcie  P 

istnieje minimum lokalne funkcji równe 

0

)

(

min

=

=

P

f

f

.  

 

Zadanie 12. 

Zbada  istnienie ekstremów funkcji 

2

3

2

5

3

2

)

,

,

(

z

y

y

x

x

z

y

x

f

+

+

=

Rozwi zanie  

Obliczamy pochodne cz stkowe rz du pierwszego 

             

2

2

)

,

,

(

x

z

y

x

f

x

 , 

3

3

)

,

,

(

2

+

=

y

z

y

x

f

y

z

z

y

x

f

z

10

)

,

,

(

=

Pochodne te zeruj  si  tylko w dwóch punktach: 

)

0

,

1

,

1

(

1

=

P

)

0

,

1

,

1

(

2

=

P

. Nast pnie wyznaczamy pochodne cz stko-

we rz du drugiego i tworzymy macierz Hessego: 

2

)

,

,

(

=

z

y

x

f

xx

 , 

0

)

,

,

(

=

z

y

x

f

xy

0

)

,

,

(

=

z

y

x

f

xz

,

y

z

y

x

f

yy

6

)

,

,

(

=

,

10

)

,

,

(

=

z

y

x

f

zz

0

)

,

,

(

=

z

y

x

f

yz

′′

=

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

f

P

Hf

zz

zy

zx

yz

yy

yx

xz

xy

xx

 

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

135 

 

Poniewa

=

10

0

0

0

6

0

0

0

2

)

0

,

1

,

1

(

Hf

0

2

1

>

=

0

12

2

>

=

,

0

120

3

>

=

, wi c funkcja posiada minimum lokal-

ne w punkcie stacjonarnym

)

0

,

1

,

1

(

1

=

P

 

Poniewa  

=

10

0

0

0

6

0

0

0

2

)

0

,

1

,

1

(

Hf

0

2

1

>

=

0

12

2

<

=

0

120

3

<

=

, wi c funkcja nie posiada ekstre-

mum w punkcie 

)

0

,

1

,

1

(

2

=

P

 – ci g wyznaczników nie jest ci giem o dodatnich wyrazach, ani ci giem znakozmiennym 

(pierwszy wyraz ujemny, drugi – dodatni, trzeci – ujemny, itd.). 

 

 

Zadanie 13. 

Zbada  ekstrema absolutne funkcji 

1

16

12

)

,

(

2

2

+

+

+

=

y

x

y

x

y

x

f

 w kole

 

}

16

:

)

,

{(

2

2

+

=

y

x

y

x

K

 

Zaczniemy od znalezienia punktów, w których funkcja f ma ekstrema lokalne. Ró niczkuj c otrzymujemy 

[

]

)

,

(

)

,

(

)

,

(

y

x

f

y

x

f

y

x

f

y

x

=

[

]

16

2

12

2

+

=

y

x

 

0

)

(

=

′ P

f

 

⇔ 

=

+

=

0

16

2

0

12

2

y

x

 

⇔ 

)

8

,

6

(

=

P

 

Punkt P nie nale y do rozwa anego koła K. St d wynika,  e przyjmuje ona swoj  warto  najwi ksz  i najmniejsz  na 

brzegu obszaru, tzn. na okr gu 

}

16

:

)

,

{(

2

2

=

+

=

y

x

y

x

K

. Okr g ten zapiszemy nast puj co  

}

2

0

,

sin

4

,

cos

4

:

)

,

{(

π

=

=

=

t

t

y

t

x

y

x

K

Rozwa amy funkcj  

1

sin

4

16

cos

4

12

)

sin

4

(

)

cos

4

(

)

(

2

2

+

+

+

=

t

t

t

t

t

F

t

t

sin

64

cos

48

17

+

=

π

2

t

Wyznaczamy jej ekstrema: 

63

)

(

64

48

17

5

4

5

3

min

=

+

=

F

, dla 

5

4

sin

=

t

5

3

cos

=

t

 

97

64

)

(

48

17

5

4

5

3

max

=

+

=

F

, dla 

5

4

sin

=

t

5

3

cos

=

t

St d  wynika,  e  funkcja  f  przyjmuje  warto   najwi ksz   w  rozwa anym  kole  na  jego  brzegu  w  punkcie 

)

,

(

5

16

5

12

  a 

najmniejsz  w punkcie 

)

,

(

5

16

5

12

 

 

Uwaga

Do wyznaczenia ekstremum warunkowego mo emy stosowa  

metod  Lagrange’a

.

 

Wprowadzamy funkcj  pomocnicz  

)

16

(

1

16

12

)

,

(

2

2

2

2

+

λ

+

+

+

+

=

y

x

y

x

y

x

y

x

F

a nast pnie obliczamy  

x

x

y

x

F

x

λ

+

=

2

12

2

)

,

(

y

y

y

x

F

y

λ

+

+

=

2

16

2

)

,

(

Z układu równa   

=

λ

+

+

=

λ

+

0

2

16

2

0

2

12

2

y

y

x

x

 

eliminujemy czynnik 

λ uzyskuj c 

x

y

3

4

=

Z kolei, z układu równa  

=

+

=

16

2

2

3

4

y

x

x

y

 

wyznaczamy wszystkie mo liwe punkty ekstremalne funkcji: 

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

136 

)

,

(

5

16

5

12

=

A

)

,

(

5

16

5

12

=

B

Badamy,  w  których  z  podanych  punktów  funkcja  f  przy  warunku 

16

2

2

=

y

x

  rzeczywi cie  przyjmuje  ekstrema.  W 

otoczeniu  punktu  A  równanie 

16

2

2

=

y

x

  okre la  funkcj   uwikłan  

2

16 x

y

=

,  czyli  w  otoczeniu  tego  punktu 

funkcja f przy warunku 

16

2

2

=

y

x

 zachowuje si  identycznie jak funkcja  

2

2

2

2

2

16

16

12

17

1

)

16

(

16

12

)

16

(

)

,

(

)

(

x

x

x

x

x

x

y

x

f

x

G

=

+

+

+

=

=

a ta funkcja w punkcie 

5

12

=

x

 ma minimum lokalne (wystarczy stwierdzi ,  e 

0

)

(

5

12

=

G

0

)

(

5

12

>

′′

G

). W ten sposób 

wykazali my,  e funkcja f przy warunku 

16

2

2

=

y

x

 w punkcie 

)

,

(

5

16

5

12

=

A

 ma minimum.  

W otoczeniu punktu B równanie 

16

2

2

=

y

x

 okre la funkcj  uwikłan  

2

16 x

y

=

, czyli w otoczeniu tego punktu 

funkcja f przy warunku 

16

2

2

=

y

x

 zachowuje si  identycznie jak funkcja  

2

2

2

2

2

16

16

12

17

1

16

16

12

)

16

(

)

,

(

)

(

x

x

x

x

x

x

y

x

f

x

H

+

=

+

+

+

=

=

a  ta  funkcja  w  punkcie 

5

12

=

x

  ma  maksimum  lokalne.  W  ten  sposób  wykazali my,  e  funkcja  f  przy  warunku 

16

2

2

=

y

x

 w punkcie 

)

,

(

5

16

5

12

=

B

 ma maksimum. 

 

Zadania. 

 
Zbada  ekstrema funkcji 

1

2

3

2

)

,

(

2

2

+

+

+

=

y

x

y

xy

x

y

x

f

Zbada  ekstrema funkcji 

5

4

2

)

,

(

2

2

+

+

=

y

x

y

xy

x

y

x

f

Wyznacz ekstrema funkcji

xy

y

x

y

x

f

9

)

,

(

3

2

+

=

Wyznacz ekstrema funkcji

xy

y

x

y

x

f

9

)

,

(

2

3

+

=

Wyznaczy  ekstrema lokalne funkcji 

xy

y

x

y

x

f

9

)

,

(

3

3

+

=

Wyznaczy  ekstrema lokalne funkcji 

3

6

)

,

(

2

+

+

=

y

x

y

x

y

y

x

f

Wyznaczy  ekstrema funkcji okre lonej za pomoc  wzoru 

y

x

y

xy

x

y

x

f

+

+

=

2

)

,

(

2

2

Wyznaczy  ekstrema funkcji okre lonej za pomoc  wzoru 

2

2

6

1

)

,

(

y

xy

x

x

y

x

f

+

=

Wyznaczy  ekstrema funkcji okre lonej za pomoc  wzoru 

2

2

6

8

5

5

)

,

(

2

2

+

+

+

=

y

x

xy

y

x

y

x

f

Wyznaczy  ekstrema funkcji okre lonej za pomoc  wzoru 

z

y

xy

z

y

x

z

y

x

f

+

+

+

+

=

4

2

2

)

,

,

(

2

2

2

 

Okre li   wymiary  otwartego  zbiornika  prostopadło ciennego  o  obj to ci 

3

32   tak,  aby  jego  pole  powierzchni  było 

minimalne. 
Znale  rozmiary prostok tnej wanny, która przy danej obj to ci 

3

m

V

=

 ma najmniejsz  powierzchni . 

 

   1. 

x

xy

y

x

y

x

f

4

2

2

)

,

(

2

2

+

=

 , 

   2. 

xy

y

x

y

x

f

3

)

,

(

3

3

+

+

=

 , 

   3. 

2

1

)

,

(

y

x

x

y

x

f

+

+

=

 , 

   4. 

y

y

x

x

y

x

f

4

8

)

,

(

2

2

4

+

+

=

 , 

   5. 

3

2

3

)

2

ln(

)

,

(

y

x

x

y

y

x

f

+

=

6. 

,

2

4

2

)

,

(

2

2

4

4

y

xy

x

y

x

y

x

z

+

+

=

 

7. 

3

3

6

)

,

(

y

x

xy

y

x

z

=

8. 

)

(

2

1

)

,

(

y

x

xy

y

x

f

+

+

=

 , 

9. 

x

y

xy

x

y

x

f

2

2

2

)

,

(

2

2

+

+

=

10. 

2

2

3

3

2

)

,

(

y

xy

x

y

x

y

x

f

+

=

background image

Stanisław Kowalski, 

Wykłady z matematyki – 

Funkcje dwu zmiennych

 – wykład 13. 

137 

11. 

y

x

y

x

y

x

f

6

3

2

)

,

(

3

3

+

=

12. 

y

x

y

x

y

x

f

+

+

=

1

)

,

(

13. 

2

2

1

)

,

(

y

x

y

x

f

+

=

 

Odpowiedzi 

1. W (4, 2) minimum lokalne;  

2. W (

−1,−1) maksimum lokalne;  

3. W (1, 0) minimum lokalne;  

4. W (0, 2) minimum lokalne;  

5. W punktach 

)

1

,

(

3

5

 oraz 

)

1

,

(

3

7

−  s  maksima lokalne.  

6. 

)

2

,

2

(

8

)

2

,

2

(

min

=

=

=

z

z

z

;  

7. 

8

)

2

,

2

(

max

=

z

z

;  

8. Ekstremów lokalnych brak;  

9. 

2

)

1

,

2

(

min

=

f

f

;  

10. 

27

64

3

4

3

4

min

)

,

(

=

f

f

;  

11. 

6

)

1

,

1

(

min

=

f

f

;  

12. 

3

)

1

,

1

(

min

=

f

f

;  

13. 

1

)

0

,

0

(

max

=

f

f