1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Các Ví Dụ Và Bài Tập Chương 5, 6.Pdf

19 3 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Nội dung

CÁC VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5, 6 Chương 5 Phép tính vi phân hàm nhiều biến I Tính đạo hàm và vi phân toàn phần cấp 1 và cấp 2 Chú ý (1) Công thức vi phân toàn phần (cấp 1) của hàm ba biến

CÁC VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 5, Chương Phép tính vi phân hàm nhiều biến I Tính đạo hàm vi phân toàn phần cấp cấp Chú ý: (1) Cơng thức vi phân tồn phần (cấp 1) hàm ba biến: 𝑢 = 𝑢(𝑥, 𝑦, 𝑧) 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝑑𝑢(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑑𝑥 + 𝑑𝑦 + 𝑑𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 (2) Công thức vi phân toàn phần hàm biến 𝒛 = 𝒛(𝒙, 𝒚) - Vi phân toàn phần (cấp 1) hàm biến 𝒛 = 𝒛(𝒙, 𝒚): 𝑑𝑧(𝑥, 𝑦) = 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝑑𝑥 + 𝑑𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑦 - Vi phân toàn phần cấp hàm biến 𝒛 = 𝒛(𝒙, 𝒚): 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 2 𝑑 𝑧(𝑥, 𝑦) = 𝑑𝑥 + 𝑑𝑥𝑑𝑦 + 𝑑𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 (3) Công thức đạo hàm hàm hợp: a Nếu 𝒛 = 𝒛(𝒙, 𝒚), 𝒗ớ𝒊 𝒙 = 𝒙(𝒕), 𝒚 = 𝒚(𝒕) thì: 𝒛 = 𝒛(𝒙(𝒕), 𝒚(𝒕)) hàm biến t, có: 𝑑𝑧 𝜕𝑧 ′ 𝜕𝑧 = 𝑥 (𝑡) + 𝑦′ (𝑡) 𝑑𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 b Nếu 𝒛 = 𝒛(𝒖, 𝒗), 𝒗ớ𝒊 𝒖 = 𝒖(𝒙, 𝒚), 𝒗 = 𝒗(𝒙, 𝒚) thì: 𝒛 = 𝒛(𝒖(𝒙, 𝒚), 𝒗(𝒙, 𝒚)) hàm hai biến x, y, có: 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑢 𝜕𝑧 𝜕𝑣 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑢 𝜕𝑧 𝜕𝑣 = + ; = + 𝜕𝑥 𝜕𝑢 𝜕𝑥 𝜕𝑣 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑢 𝜕𝑦 𝜕𝑣 𝜕𝑦 c Nếu 𝒛 = 𝒛(𝒕, 𝒙, 𝒚), 𝒗ớ𝒊 𝒙 = 𝒙(𝒕), 𝒚 = 𝒚(𝒕) thì: 𝒛 = 𝒛(𝒕, 𝒙(𝒕), 𝒚(𝒕)) hàm biến t, có đạo hàm (𝒛(𝒕, 𝒙(𝒕), 𝒚(𝒕)))′ gọi đạo hàm toàn phần z và: 𝑑𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑧 ′ 𝜕𝑧 = + 𝑥 (𝑡) + 𝑦′ (𝑡) 𝑑𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 VD Tìm đạo hàm riêng hàm: 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑒 𝑥𝑦 cos(𝑦 + 𝜋𝑧), điểm (1, 0, 1) Giải Có: 𝜕𝑓 𝜕𝑥 𝜕𝑓 = (𝑒 𝑥𝑦 )′𝑥 cos(𝑦 + 𝜋𝑧) = 𝑦 𝑒 𝑥𝑦 cos(𝑦 + 𝜋𝑧) ⇒ 𝜕𝑥 𝜕𝑓 = (𝑒 𝑥𝑦 )′𝑦 cos(𝑦 + 𝜋𝑧) + 𝑒 𝑥𝑦 [cos(𝑦 + 𝜋𝑧)]′𝑦 𝜕𝑦 = 𝑥 𝑒 𝑥𝑦 𝑐𝑜𝑠(𝑦 + 𝜋𝑧) − 𝑒 𝑥𝑦 𝑠𝑖𝑛(𝑦 + 𝜋𝑧) ⇒ 𝜕𝑓 𝜕𝑧 𝜕𝑓 𝜕𝑦 (1,0,1) = (1,0,1) = −1 𝜕𝑓 = 𝑒 𝑥𝑦 [cos(𝑦 + 𝜋𝑧)]′𝑧 = −𝜋𝑒 𝑥𝑦 𝑠𝑖𝑛(𝑦 + 𝜋𝑧) ⇒ 𝜕𝑧 (1,0,1) = VD Cho hàm số: 𝑢 = 𝑓(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 a Tính đạo hàm riêng cấp u (0, 1, 1): b Tìm vi phân toàn phần (1, -1, 2) Giải a 𝜕𝑢 𝜕𝑥 ′ = (𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 )′𝑥 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 + 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 (√𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧)𝑥 = 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 + 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 = 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 𝑥 + 𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 ⇒ 𝑥 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 𝜕𝑢 (0,1,1) = 𝑒 𝜕𝑥 ′ 𝜕𝑢 𝑥−𝑦+2𝑧 )′ √𝑥 𝑥−𝑦+2𝑧 (𝑒 = − 2𝑦 + 3𝑧 + 𝑒 (√𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧) 𝑦 𝜕𝑦 𝑦 = −𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 − 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 = −𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 + √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 ⇒ √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 𝜕𝑢 (0,1,1) = −2𝑒 𝜕𝑦 ′ 𝜕𝑢 = (𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 )′𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 + 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 (√𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧) 𝜕𝑧 𝑧 = 2𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 + 𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 =𝑒 𝑥−𝑦+2𝑧 4𝑥 − 8𝑦 + 12𝑧 + √𝑥 − 2𝑦 + 3𝑧 ⇒ 𝜕𝑢 (0,1,1) = 𝑒 𝜕𝑧 b Ta có cơng thức vi phân toàn phần: (===C4====) 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝑑𝑢(𝑥, 𝑦, 𝑧) = 𝑑𝑥 + 𝑑𝑦 + 𝑑𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 Từ đó: 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝜕𝑢 𝑑𝑢(1, −1,2) = (1, −1,2)𝑑𝑥 + (1, −1,2)𝑑𝑦 + (1, −1,2)𝑑𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑢 Từ a/ có: 𝜕𝑥 (1, −1,2) = Vậy: 10 𝜕𝑢 𝑒 6; 𝑑𝑢(1, −1,2) = 𝜕𝑦 10 (1, −1,2) = − 𝑒 𝑑𝑥− 10 𝜕𝑧 𝜕𝑥 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 − = − (𝑦 − 𝑥)−2 ; 𝑒6 ; 𝜕2 𝑧 𝑦 𝜕𝑢 𝜕𝑧 (1, −1,2) = 13𝑒 𝑒 𝑑𝑦 + 13𝑒 𝑑𝑧 VD Cho hàm số 𝑧 = 𝑦 √𝑦 − 𝑥, tính: 4𝑥 Giải Có: 𝑧 = 𝑦(𝑦 − 𝑥)2 ⇒ 10 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥 𝑦 = − (𝑦 − 𝑥)−2 ; 1 𝜕𝑧 = (𝑦 − 𝑥)2 + 𝑦 (𝑦 − 𝑥)−2 = (𝑦 − 𝑥)−2 (2𝑦 − 𝑥); 𝜕𝑦 3 𝜕2𝑧 − − − 2 (2𝑦 − 𝑥) + 4𝑦(𝑦 − 𝑥) = −(3𝑥 − 2𝑦 )𝑦(𝑦 − 𝑥) = −𝑦(𝑦 − 𝑥) 𝜕𝑦 Vậy: 4𝑥 𝜕2 𝑧 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 − = 2(𝑥 − 𝑦 )(𝑦 − 𝑥)−2 VD Cho hàm số 𝑧 = 𝑥 𝑙𝑛√𝑥 + 𝑦 a Tính: 𝜕2 𝑧 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 − b Tìm vi phân tồn phần cấp hàm z (-1, 1) 𝑑 𝑧(−1,1) Giải 𝜕𝑧 𝜕𝑥 a Có 𝑧 = 𝑥 𝑙𝑛(𝑥 + 𝑦 ); 𝑥2 𝑥 +𝑦 = ln(𝑥 + 𝑦 ) + ; 𝜕2𝑧 𝑥 2𝑥(𝑥 + 𝑦 ) − 2𝑥 (𝑥 + 3𝑥𝑦 ) = + = (𝑥 + 𝑦 )2 (𝑥 + 𝑦 )2 𝜕𝑥 𝑥 + 𝑦 𝜕𝑧 𝑥𝑦 𝜕 𝑧 𝑥(𝑥 + 𝑦 ) − 2𝑥𝑦 𝑥 − 𝑥𝑦 = ; = = (𝑥 + 𝑦 )2 (𝑥 + 𝑦 )2 𝜕𝑦 𝑥 + 𝑦 𝜕𝑦 Vậy: 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 4𝑥𝑦 − = (𝑥 + 𝑦 )2 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕2 𝑧 𝜕2 𝑧 𝜕2 𝑧 b Ta có cơng thức: 𝑑 𝑧(𝑥, 𝑦) = 𝜕𝑥 𝑑𝑥 + 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝑑𝑥𝑑𝑦 + 𝜕𝑦2 𝑑𝑦 (==C7=) Từ (a) có 𝜕2 𝑧 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 (−1,1) = −1; (−1,1) = 0; 𝜕2𝑧 𝑦3 − 𝑥 2𝑦 𝜕2𝑧 (−1,1) = = ; 𝜕𝑥𝜕𝑦 (𝑥 + 𝑦 )2 𝜕𝑥𝜕𝑦 Vậy: 𝑑 𝑧(−1,1) = 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 ( ) ( ) (−1,1)𝑑𝑦 = −𝑑𝑥 −1,1 𝑑𝑥 + −1,1 𝑑𝑥𝑑𝑦 + 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 VD Cho 𝑧 = 𝑒 2𝑢−𝑣 ln(1 + 𝑢 − 𝑣) , 𝑣ớ𝑖 𝑢 = 𝑥𝑦, 𝑣 = 𝑥 − 𝑦 𝑇í𝑛ℎ đạo hàm riêng 𝜕𝑧 𝜕𝑧 , 𝜕𝑥 𝜕𝑦 theo x, y Giải Ta có cơng thức đạo hàm hàm hợp: 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑢 𝜕𝑧 𝜕𝑣 = + ; 𝜕𝑥 𝜕𝑢 𝜕𝑥 𝜕𝑣 𝜕𝑥 Tính: 𝜕𝑢 𝜕𝑥 = 𝑦, 𝜕𝑢 𝜕𝑦 = 𝑥, 𝜕𝑣 𝜕𝑥 = 2𝑥, 𝜕𝑣 𝜕𝑦 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑢 𝜕𝑧 𝜕𝑣 = + 𝜕𝑦 𝜕𝑢 𝜕𝑦 𝜕𝑣 𝜕𝑦 = −2𝑦 𝜕𝑧 = 𝑒2𝑢−𝑣 [2 ln(1 + 𝑢 − 𝑣) + ]; 𝜕𝑢 1+𝑢−𝑣 𝜕𝑧 = 𝑒2𝑢−𝑣 [− ln(1 + 𝑢 − 𝑣) − ] 𝜕𝑣 1+𝑢−𝑣 Thay vào cơng thức, ta có: ∗ = 𝑒 2𝑥𝑦−𝑥 𝜕𝑧 𝑦 − 2𝑥 = 𝑒2𝑢−𝑣 [(2𝑦 − 2𝑥) ln(1 + 𝑢 − 𝑣) + ] 𝜕𝑥 1+𝑢−𝑣 +𝑦 [(2𝑦 − 2𝑥) ln(1 + 𝑥𝑦 − 𝑥 + 𝑦 ) + 𝑦 − 2𝑥 ] + 𝑥𝑦 − 𝑥 + 𝑦 ∗ = 𝑒 2𝑥𝑦−𝑥 𝜕𝑧 𝑥 + 2𝑦 = 𝑒2𝑢−𝑣 [(2𝑥 + 2𝑦) ln(1 + 𝑢 − 𝑣) + ] 𝜕𝑦 1+𝑢−𝑣 +𝑦 VD Tính đạo hàm 𝑑𝑧 𝑑𝑡 [(2𝑥 + 2𝑦) ln(1 + 𝑥𝑦 − 𝑥 + 𝑦 ) + 𝑥 + 2𝑦 ] + 𝑥𝑦 − 𝑥 + 𝑦 , 𝑧 = 𝑒 2𝑥−𝑦 , 𝑥 = cos 2𝑡 , 𝑦 = 3𝑡 𝜕𝑧 Tính: 𝑥 ′ (𝑡) = −2 sin 2𝑡 ; 𝑦 ′ (𝑡) = 6𝑡; 𝜕𝑥 = 2𝑒2𝑥−𝑦 ; 𝜕𝑧 𝜕𝑦 = −𝑒2𝑥−𝑦 Vậy ta có: 𝑑𝑧 = −4𝑒 2𝑥−𝑦 sin 2𝑡 − 6𝑡 𝑒 2𝑥−𝑦 = −2𝑒 cos 2𝑡−3𝑡 (2 sin 2𝑡 + 3𝑡 ) 𝑑𝑡 VD Cho hàm số: 𝑧 = 𝑒 3𝑥−2𝑦 𝑇í𝑛ℎ Giải Có: 𝜕𝑚 𝑧 𝜕𝑥 𝑚 𝜕𝑚+𝑛 𝑧 𝜕𝑥 𝑚 𝜕𝑦 = 3𝑚 𝑒 3𝑥−2𝑦 ; Từ suy ra: Từ suy ra: 𝑛 𝜕7 𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕7 𝑧 𝜕𝑥 𝜕𝑦 (2, 3) (2, 3) = 34 (−2)3 𝑒 = −648 VD Cho hàm số 𝑢 = 𝑥 2𝑦 + √2𝑥 + 3𝑦 − Tìm 𝑑 𝑢(1, 1) Giải Ta có cơng thức: 𝑑 𝑢(𝑥, 𝑦) = 𝜕2 𝑢 𝑑𝑥2 𝜕𝑥2 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 + 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝑑𝑥𝑑𝑦 + 𝜕𝑦2 𝑑𝑦2 Viết lại: 𝑢 = 𝑥 2𝑦 + (2𝑥 + 3𝑦 − 4)2 , ta có: 𝜕𝑢 − 𝜕 𝑢 − 2𝑦−1 = 2𝑦 𝑥 + (2𝑥 + 3𝑦 − 4) ; = 2𝑦(2𝑦 − 1)𝑥2𝑦−2 − (2𝑥 + 3𝑦 − 4) ; 𝜕𝑥 𝜕𝑥 𝜕2𝑢 𝜕𝑢 − 2𝑦 ( ) = 2𝑥 ln 𝑥 + 2𝑥 + 3𝑦 − ; = 4𝑥 2𝑦 𝑙𝑛2 𝑥 − (2𝑥 + 3𝑦 − 4)−2 ; 𝜕𝑦 𝜕𝑦 𝜕2𝑢 𝜕2𝑢 ( ) ( ) 1,1 = 1; 1,1 = − 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕2𝑢 𝜕2𝑢 − 2𝑦−1 2𝑦−1 ( ) (1,1) = = 𝑥 + 4𝑦 𝑥 ln 𝑥 − 2𝑥 + 3𝑦 − ; 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 𝜕2 𝑢 Từ đó: 𝑑2 𝑢(1,1) = 𝜕𝑥2 (1,1) 𝑑𝑥2 + 𝜕𝑥𝜕𝑦 (1,1)𝑑𝑥𝑑𝑦 + 𝜕𝑦2 (1,1)𝑑𝑦2 𝒅𝟐 𝒖(𝟏, 𝟏) = 𝒅𝒙𝟐 + 𝒅𝒙𝒅𝒚 − 𝟗 𝟐 𝒅𝒚 𝟒 𝑡 𝑑𝑧 VD Tìm đạo hàm toàn phần 𝑑𝑡 𝑡 = 𝜋 hàm: 𝑧 = 1+𝑡 + √𝑥 − 𝑦 , đó: 𝑥 = 𝑡 , 𝑦 = sin 2𝑡 Giải Ta có cơng thức đạo hàm tồn phần: 𝑑𝑧 𝜕𝑧 𝜕𝑧 ′ 𝜕𝑧 = + 𝑥 (𝑡) + 𝑦′ (𝑡) 𝑑𝑡 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑦 Tính: 𝜕𝑧 𝜕𝑧 𝑥 𝑡2 𝜕𝑧 −𝑦 − sin 2𝑡 = ; = = ; = = ; 𝜕𝑡 (1 + 𝑡 ) 𝜕𝑥 √𝑥 − 𝑦 √𝑡 − 𝑠𝑖𝑛2 2𝑡 𝜕𝑦 √𝑥 − 𝑦 √𝑡 − 𝑠𝑖𝑛2 2𝑡 𝑥 ′ (𝑡 ) = 2𝑡; 𝑦 ′ (𝑡 ) = cos 2𝑡 Vậy: 𝑑𝑧 2𝑡 sin 4𝑡 2𝑡 − sin 4𝑡 = + − = + 𝑑𝑡 (1 + 𝑡 )2 √𝑡 − 𝑠𝑖𝑛2 2𝑡 √𝑡 − 𝑠𝑖𝑛2 2𝑡 (1 + 𝑡 )2 √𝑡 − 𝑠𝑖𝑛2 2𝑡 Từ suy ra: 𝑑𝑧 | 𝑑𝑡 𝑡=𝜋 = (1+𝜋)2 + 2𝜋 II Tìm cực trị hàm hai biến Tìm cực trị (tự do) hàm biến: z = z(x, y) B1 Tính: 𝝏𝒛 𝝏𝒙 ; 𝝏𝒛 𝝏𝒚 ; 𝑨= 𝝏𝟐 𝒛 𝝏𝟐 𝒛 𝝏𝒙 𝝏𝒙𝝏𝒚 ; 𝑩= 𝟐 𝝏𝒛 𝝏𝒙 Xét hệ phương trình: {𝝏𝒛 𝝏𝒚 ; 𝑪= 𝝏𝟐 𝒛 𝝏𝒚𝟐 ; =𝟎 =𝟎 (∗) - Nếu hệ (*) vơ nghiệm kết luận hàm z = z(x, y) khơng có cực trị Kết thúc - Nếu hệ (*) có nghiệm làm tiếp B2 B2 Lần lượt xét nghiệm hệ (*) (gọi điểm dừng hàm z) - Nếu điểm dừng 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ), ta có: ∆ = 𝑨 𝑪 − 𝑩𝟐 < 𝟎 KL: z(x, y) không đạt cực trị 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) - Nếu điểm dừng 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ), ta có: ∆ = 𝑨 𝑪 − 𝑩𝟐 > 𝟎 𝒗à 𝑨 > 𝟎 KL: z(x, y) đạt cực tiểu 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝒗à 𝒛𝒄ự𝒄 𝒕𝒊ể𝒖 = 𝒛(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) - Nếu điểm dừng 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ), ta có: ∆ = 𝑨 𝑪 − 𝑩𝟐 > 𝟎 𝒗à 𝑨 < 𝟎 KL: z(x, y) đạt cực đại 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝒗à 𝒛𝒄ự𝒄 đạ𝒊 = 𝒛(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) Chú ý: Nếu hàm z(x,y) có nhiều điểm dừng: 𝑴𝟏 , 𝑴𝟐 , … , 𝑴𝒌 , ta lập bảng xét dấu A ∆ = 𝑨 𝑪 − 𝑩𝟐 𝒗à 𝒄ó 𝒌ế𝒕 𝒍𝒖ậ𝒏 𝒕ươ𝒏𝒈 ứ𝒏𝒈: Đ.dừng 𝑴𝟏 𝑴𝟐 ⋮ 𝑴𝒌 A B C ∆= 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 K.luận VD 10 Khảo sát cực trị hàm số sau: a 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 + 𝑦 − 9𝑥𝑦 + 27 b 𝑧 = 𝑥 + 𝑦 − 3𝑥 − 9𝑥𝑦 + 3𝑥 + 9𝑦 − c 𝑧 = 𝑥 + 𝑦 − 𝑦𝑒 𝑥 Giải a Tính: 𝜕𝑓 𝜕𝑥 = 3𝑥 − 9𝑦 𝜕𝑓 𝜕𝑦 = 3𝑦 − 9𝑥; 𝐴 = 𝜕𝑓 - Xét hệ phương trình: 𝜕𝑥 {𝜕𝑓 𝜕𝑦 =0 =0 𝜕2 𝑓 𝜕𝑥2 = 6𝑥; 𝐵 = 𝜕2 𝑓 𝜕𝑥𝜕𝑦 = −9; 𝐶 = 𝜕2 𝑓 𝜕𝑦2 = 6𝑦 𝑥 − 3𝑦 = (∗) ⟺ { 𝑦 − 3𝑥 = 𝟏 𝟏 𝒙 = 𝟎, 𝒚 = 𝟎, 𝒚 = 𝑥2 𝑥 ⟺{ ⟺{ ⟺[ 𝟑 𝟑 𝒙 = 𝟑, 𝒚 = 𝟑 𝑥(𝑥 − 27) = 𝑥 − 27𝑥 = 𝒚= - Tại điểm dừng M(0, 0), có: 𝑨 = 𝑪 = 𝟎, 𝑩 = −𝟗, ∆= 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = −𝟖𝟏 < 𝟎 Nên f không đạt cực trị M(0, 0) - Tại điểm dừng N(3, 3), có: 𝑨 = 𝑪 = 𝟏𝟖 > 𝟎, 𝑩 = −𝟗, ∆= 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = 𝟐𝟒𝟑 > 𝟎 Nên f đạt cực tiểu N(3, 3) 𝑓𝑐ự𝑐 𝑡𝑖ể𝑢 = 𝑓(3,3) = Vậy f có cực trị cực tiểu, đạt N(3, 3) 𝑓𝑐ự𝑐 𝑡𝑖ể𝑢 = 𝑓(3,3) = b Tính 𝜕𝑧 𝜕𝑧 = 3𝑥 − 6𝑥 − 9𝑦 + 3; = 3𝑦 − 9𝑥 + 9; 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝐴= 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥2 = 6𝑥 − 6; 𝐵 = 𝜕𝑧 - Xét hệ phương trình: 𝜕𝑥 {𝜕𝑧 𝜕𝑦 =0 =0 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥𝜕𝑦 = −9; 𝐶 = 𝜕2 𝑧 𝜕𝑦2 = 6𝑦 𝑥 − 2𝑥 − 3𝑦 + = (∗) ⟺ { 𝑦 − 3𝑥 + = 𝟏 𝟏 𝒙 = 𝟏, 𝒚 = 𝟎, 𝒙 = 𝑦2 + 𝑦 +1 ⟺{ ⟺{ ⟺[ 𝟑 𝟑 𝒙 = 𝟒, 𝒚 = 𝟑 𝑦 − 27𝑦 = 𝒚(𝑦 − 27) = 𝒙= - Tại điểm dừng M(1, 0), có: 𝑨 = 𝑪 = 𝟎, 𝑩 = −𝟗, ∆= 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = −𝟖𝟏 < 𝟎 Nên Z không đạt cực trị M(1, 0) - Tại điểm dừng N(4, 3), có: 𝑨 = 𝑪 = 𝟏𝟖 > 𝟎, 𝑩 = −𝟗, ∆= 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = 𝟐𝟒𝟑 > 𝟎 Nên z đạt cực tiểu N(4, 3) 𝑧𝑐ự𝑐 𝑡𝑖ể𝑢 = 𝑧(4, 3) = −37 Vậy z có cực trị cực tiểu, đạt N(4, 3) 𝑧𝑐ự𝑐 𝑡𝑖ể𝑢 = 𝑧(4,3) = −37 c Tính: 𝜕𝑧 𝜕𝑥 = − 𝑦𝑒 𝑥 𝜕𝑧 𝜕𝑦 = − 𝑒 𝑥; 𝐴 = 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥2 = −𝑦𝑒𝑥 ; 𝐵 = 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥𝜕𝑦 = −𝑒 𝑥 ; 𝐶 = - Xét hệ phương trình: 𝜕𝑧 𝜕𝑥 { 𝜕𝑧 𝜕𝑦 =0 =0 (∗) ⟺ { 𝒙=𝟎 − 𝑦𝑒 𝑥 = 𝑦𝑒 𝑥 = ⟺ { ⟺{ 𝑥 𝑥 𝒚=𝟏 1−𝑒 =0 𝑒 =1 - Tại điểm dừng M(0, 1), có: 𝜕2 𝑧 𝜕𝑦2 =0 𝑨 = −𝟏, 𝑪 = 𝟎, 𝑩 = −𝟏, ∆= 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = −𝟏 < 𝟎 Nên z không đạt cực trị M(0, 1) Vậy hàm z khơng có cực trị NX: Đối với hàm 𝑧 = 𝑥 + 𝑦 − 𝑦𝑒 𝑥 , khơng cần xét hệ (*), ta có: ∆ = 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = −𝑒 2𝑥 < 0, ∀𝑥, 𝑦 Nên z khơng có cực trị VD 11 Tìm cực trị hàm số: a 𝑧 = 3√𝑥𝑦 − 0,3𝑥 − 𝑦 + 2021 b 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 𝑦+𝑥𝑦 +𝑥𝑦+27 𝑥𝑦 c 𝑧 = 𝑦√𝑥 − 𝑥 − 𝑦 + 6𝑦 − 20 d 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥𝑦 + + 𝑥 50 𝑦 +1 Giải 3 a Viết lại: 𝑧 = 9𝑥 𝑦 − 0,3𝑥 − 𝑦 + 2021 𝑇í𝑛ℎ: 𝐴= 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥2 = 1 𝜕𝑧 𝜕𝑧 = 3𝑥 −3 𝑦 − 0,3 = 3𝑥 𝑦 −3 − 1; 𝜕𝑥 𝜕𝑦 −2𝑥 −3 𝑦 ; 𝜕𝑧 - Xét hệ phương trình: 𝜕𝑥 {𝜕𝑧 𝜕𝑦 =0 =0 𝐵= 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥𝜕𝑦 = 2 𝑥 −3 𝑦 −3 ; 𝐶= 𝜕2 𝑧 𝜕𝑦2 = −2𝑥 𝑦 − 𝑥 −3 𝑦 − 0,1 = (∗) ⟺ { ⟺ − 3𝑥 𝑦 − = 𝑥 −2 𝑦 = (0,1)3 𝒚 = (0,1)3 𝑥 𝑥 = (0,1)−2 = 300 ⟺{ ⟺{ { 𝒚 = 𝟑 27𝑥𝑦 −2 = 27 (0,1)−6 𝑥 −3 = Tại điểm dừng M(300, 3), có: 𝐴= 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥2 = −2 300−3 33 𝟐 ∆ = 𝑨𝑪 − 𝑩 = < 0; 𝐵 = 𝜕2 𝑧 𝜕𝑥𝜕𝑦 4 − − 𝟒 300 3 − = 2 300−3 3−3 ; 4 − − 300 3 = 𝐶= 𝜕2 𝑧 𝜕𝑦2 − = −2 3003 4 − − 𝟑 300 3 >0 Vậy z đạt cực đại M(300, 3) 𝑧𝑐ự𝑐 đạ𝑖 = 𝑧(300, 3) = 1928 + √900 b Có 𝑓(𝑥, 𝑦) = Tính: 𝜕𝑓 𝜕𝑥 𝑥 𝑦+𝑥𝑦 +𝑥𝑦+27 𝑥𝑦 = − 27 𝑦 −1 𝑥 −2 ; 𝜕𝑓 𝜕𝑦 =𝑥+𝑦+1+ 27 𝑥𝑦 = − 27𝑥 −1 𝑦 −2 ; 𝐴 = 𝜕2 𝑓 𝜕𝑥2 = 54 𝑦 −1 𝑥 −3 ; 𝜕2𝑓 𝜕2𝑓 −2 −2 𝐵= = 27 𝑦 𝑥 ; 𝐶 = = 54𝑥−1 𝑦−3 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 - Xét hệ phương trình: 𝜕𝑓 𝜕𝑥 {𝜕𝑓 𝜕𝑦 =0 =0 − 27 𝑦 −1 𝑥 −2 = 𝑥 𝑦 = 27 𝒙=𝟑 (∗) ⟺ { ⟺{ ⟺{ −1 −2 𝒚=𝟑 − 27𝑥 𝑦 = 𝑥𝑦 = 27 Tại điểm dừng M(3, 3), có: 𝐴= 𝜕2 𝑓 𝜕𝑥2 = 54 −1 −3 > 0; 𝐵 = 𝜕2 𝑓 𝜕𝑥𝜕𝑦 −2 −2 = 27.3 ; 𝐶= 𝜕2 𝑓 𝜕𝑦2 = 54 3−1 3−3 ∆ = 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = 542 3−8 − 272 3−8 > Vậy f đạt cực tiểu M(3, 3) 𝑓𝑐ự𝑐 𝑡𝑖ể𝑢 = 𝑓(3, 3) = c Có: 𝑧 = 𝑦𝑥 − 𝑥 − 𝑦 + 6𝑦 − Tính: 𝜕𝑧 −1 𝜕𝑧 = 𝑥 𝑦 − = 𝑥 − 2𝑦 + 6; 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝜕2 𝑧 −5 𝜕2 𝑧 −1 𝜕2 𝑧 𝐴 = = − 𝑥 𝑦; 𝐵 = = 𝑥 ; 𝐶 = = −2𝑦 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 Xét hệ phương trình: 𝜕𝑧 =0 𝜕𝑥 𝜕𝑧 =0 {𝜕𝑦 −1 1 𝑥 2𝑦 − = 𝑥=4 𝑦 = 𝑥 (∗) ⟺ { ⟺ {2 ⟺{ 𝑦=4 𝑦=4 𝑥 − 2𝑦 + = Tại điểm dừng M(4, 4), ta có 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 𝜕2𝑧 𝟏 −5 𝐴 = = −2 < 0; 𝐵 = = ; 𝐶 = = −8, ∆ = 𝑨𝑪 − 𝑩𝟐 = − >0 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 𝟒 16 Vậy M(4, 4) điểm cực đại (cực trị nhất) hàm số z(x, y) và: 𝒛𝒄ự𝒄 đạ𝒊 = 𝑧(4, 4) = 11 d.Tính: 𝜕𝑓 𝜕𝑥 =𝑦− 20 𝑥 ; 𝜕𝑓 𝜕𝑦 =𝑥− 50 𝜕2 𝑓 𝑦 𝜕𝑥2 ; 𝐴= = 40 𝑥 ;𝐵 = 𝜕2 𝑓 𝜕𝑥𝜕𝑦 = 1; 𝐶 = 𝜕2 𝑓 𝜕𝑦2 = 100 𝑦3 - Xét hệ phương trình: 𝜕𝑓 𝜕𝑥 {𝜕𝑓 𝜕𝑦 =0 =0 (∗) ⟺ { 𝑦− 𝑥− 20 𝑥2 50 𝑦2 =0 𝑦= 20 𝒙=𝟐 𝑥2 ⟺{ ⟺ { 𝑥 𝒚=𝟓 =0 𝑥− =0 Tại điểm dừng M(2, 5), có: A = > 0, B = 1, C = 4/5, ∆ = 𝐴𝐶 − 𝐵2 = > f đạt cực trị cực tiểu M(2, 5) 𝒇𝒄ự𝒄 𝒕𝒊ể𝒖 = 𝒇(𝟐, 𝟓) = 𝟑𝟏 Tìm cực trị có điều kiện hàm hai biến: z = f(x, y) với điều kiện ràng buộc: 𝝋(𝒙, 𝒚) = 𝟎 Phương pháp 1: Đưa cực trị tự hàm biến (a) Nếu từ ràng buộc 𝝋(𝒙, 𝒚) = 𝟎 giải 𝒚 = 𝒚(𝒙) (𝒉𝒐ặ𝒄 𝒙 = 𝒙(𝒚)), cực trị có điều kiện hàm 𝒛 = 𝒇(𝒙, 𝒚) trở thành cực trị tự hàm biến: 𝒖(𝒙) = 𝒇(𝒙, 𝒚(𝒙)) (𝒉𝒐ặ𝒄 𝒗(𝒚) = 𝒇(𝒙(𝒚), 𝒚) Tiến hành khảo sát cực trị tự hàm biến 𝒙 = 𝒙(𝒕) (b) Nếu đưa ràng buộc 𝝋(𝒙, 𝒚) = 𝟎 dạng tham số: { , 𝒚 = 𝒚(𝒕) cực trị có điều kiện hàm 𝒛 = 𝒇(𝒙, 𝒚) trở thành cực trị tự hàm biến t: 𝒈(𝒕) = 𝒇(𝒙(𝒕), 𝒚(𝒕)) Tiến hành khảo sát cực trị tự hàm biến 𝒈(𝒕) Phương pháp 2: Phương pháp nhân tử Lagrange B1 Lập hàm phụ Lagrange: 𝑭(𝒙, 𝒚, 𝝀) = 𝒇(𝒙, 𝒚) + 𝝀 𝝋(𝒙, 𝒚) 𝜕𝐹 Giải hệ phương trình: 𝜕𝑥 𝜕𝐹 𝜕𝑦 𝜕𝐹 =0 = (∗) {𝜕𝜆 = (Mỗi nghiệm (*) gọi điểm dừng hàm Lagrange F) - Nếu hệ (*) khơng có nghiệm kết luận 𝒇(𝒙, 𝒚) khơng có cực trị ràng buộc - Nếu hệ (*) có nghiệm làm tiếp B2 B2 Lập dạng toàn phương: 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 𝑮(𝒙, 𝒚, 𝝀, 𝒉, 𝒌) = ℎ + ℎ 𝑘 + 𝑘 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 xét dạng toàn phương 𝑮(𝒙, 𝒚, 𝝀, 𝒉, 𝒌) điểm dừng - Với điểm dừng 𝑭 𝒍à 𝑴(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 , 𝝀𝟎 ), xét: 𝑫∗ = {(𝒙, 𝒚): 𝜕𝜑 𝜕𝜑 (𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝑥 + (𝒙 , 𝒚 ) 𝑦 = 0} 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝟎 𝟎 + 𝑮(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 , 𝝀𝟎 , 𝒉, 𝒌) > 𝟎, ∀(𝒉, 𝒌) ∈ 𝑫∗ , (𝒉, 𝒌) ≠ (𝟎, 𝟎) 𝒇(𝒙, 𝒚) đạt cực tiểu có điều kiện 𝑵(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝒇𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 đ/𝒌 = 𝒇(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) + 𝑮(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 , 𝝀𝟎 , 𝒉, 𝒌) < 𝟎, ∀(𝒉, 𝒌) ∈ 𝑫∗ , (𝒉, 𝒌) ≠ (𝟎, 𝟎) 𝒇(𝒙, 𝒚) đạt cực đại có điều kiện 𝑵(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝒇𝒄.đạ𝒊 đ/𝒌 = 𝒇(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) + 𝑮(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 , 𝝀𝟎 , 𝒉, 𝒌) đổ𝒊 𝒅ấ𝒖 𝑫∗ 𝒇(𝒙, 𝒚) khơng đạt cực trị có điều kiện 𝑵(𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) VD 12 Tìm cực trị có điều kiện hàm số: a 𝑓(𝑥, 𝑦) = 5𝑥 − 3𝑥𝑦 − 𝑦 , 𝑣ớ𝑖 𝑟à𝑛𝑔 𝑏𝑢ộ𝑐: 3𝑥 + 2𝑦 = b 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑥 − 𝑦 , 𝑣ớ𝑖 𝑟à𝑛𝑔 𝑏𝑢ộ𝑐: 𝑥 + 𝑦 = c 𝑓(𝑥, 𝑦) = (𝑥 − 1)𝑦 − 3𝑦 + 1, 𝑣ớ𝑖 𝑟à𝑛𝑔 𝑏𝑢ộ𝑐: 𝑥 − 𝑦 + = Giải a Rà𝑛𝑔 𝑏𝑢ộ𝑐: 3𝑥 + 2𝑦 = ⟺ 𝑦 = − 𝑥 + 3, cực trị có điều kiện hàm 𝑧 = 𝑓(𝑥, 𝑦) trở thành cực trị tự hàm biến: 29 𝑢(𝑥) = 𝑓(𝑥, 𝑦(𝑥)) = 𝑥 −9 Tiến hành khảo sát cực trị u(x): 29 𝑢′ (𝑥) = 𝑥; 𝑢′ (𝑥) = ⟺ 𝑥 = (𝑘ℎ𝑖 𝑦 = 𝑣à 𝑢(0) = −9) BBT: 𝑥 𝑢′(𝑥) 𝑢(𝑥) −∞ 0 − +∞ + (−9) Vậy hàm 𝑧 = 𝑓(𝑥, 𝑦) đạt cực trị có điều kiện (với ràng buộc: 3𝑥 + 2𝑦 = 6) cực tiều có điều kiện điểm M(0, 3) và 𝒇𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 đ/𝒌 = 𝒖(𝟎) = −𝟗 2 b 𝑅à𝑛𝑔 𝑏𝑢ộ𝑐: 𝑥 + 𝑦 = ⟺ 𝑥 ( )2 𝑦 +( ) =1 𝑥 = cos 𝑡 ⟺{ , 𝑦 = sin 𝑡 Khi đó: 𝑓(𝑥, 𝑦) = 𝑔(𝑡) = 4cos 2𝑡 Tiến hành k.sát cực trị hàm biến 𝑔(𝑡): 𝜋 𝑔′ (𝑡) = −8 sin 2𝑡 ; 𝑔′ (𝑡) = 𝑡ạ𝑖 𝑡 = 𝑘 , 𝑘 ∈ 𝑍 Xét BBT 𝑔(𝑡) = 4cos 2𝑡 khoảng [0, 2𝜋]: 𝑡 𝑔′(𝑡) 𝑔(𝑡) − 𝜋 𝜋 + (−4) (4) − 3𝜋 + 2𝜋 (−4) Suy g(t) đạt cực đại 𝑡 = 𝑘 𝜋, 𝑘 ∈ 𝑍 (𝑘ℎ𝑖 𝑥 = ±2, 𝑦 = 0) 𝒈𝒄.đạ𝒊 = 𝟒 𝜋 Và g(t) đạt cực tiếu 𝑡 = (2𝑘 + 1) , 𝑘 ∈ 𝑍 (𝑘ℎ𝑖 𝑥 = 0, 𝑦 = ±2) 𝒈𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 = −𝟒 KL: Với ràng buộc 𝑥 + 𝑦 = 𝑓(𝑥, 𝑦) đạt cực tiểu có điều kiện điểm (0, 2) (0, -2) và: 𝒇𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 đ/𝒌 = 𝒇(𝟎, 𝟐) = 𝒇(𝟎, −𝟐) = 𝒈𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 = −𝟒; 𝑓(𝑥, 𝑦) đạt cực đại có điều kiện điểm (2, 0) (-2, 0) và: 𝒇𝒄.đ𝒂𝒊 đ/𝒌 = 𝒇(𝟐, 𝟎) = 𝒇(−𝟐, 𝟎) = 𝒈𝒄.đạ𝒊 = 𝟒; Chú ý: Nếu không dùng phương pháp đưa cực trị tự hàm biến, ta dùng phương pháp nhân tử Lagrange Trong VD 11b, dùng p.p nhân tử Lagrange: B1 Lập hàm phụ Lagrange: 𝑭(𝒙, 𝒚, 𝝀) = 𝒇(𝒙, 𝒚) + 𝝀 𝝋(𝒙, 𝒚) = 𝑥 − 𝑦 + 𝝀(𝑥 + 𝑦 − 4) - Tính: 𝜕𝐹 𝜕𝑥 = 2(1 + 𝜆)𝑥; 𝜕𝐹 𝜕𝐹 𝜕𝑦 = 2(𝜆 − 1)𝑦; 𝜕𝐹 𝜕𝜆 = 𝑥2 + 𝑦2 − =0 𝜆 = −1, 𝑥 = 2, 𝑦 = 2(1 + 𝜆)𝑥 = 𝜆 = −1, 𝑥 = −2, 𝑦 = - Giải hệ p.t: 𝜕𝑦 = (∗) ⟺ { 2(𝜆 − 1)𝑦 = ⟺ { 𝜆 = 1, 𝑥 = 0, 𝑦 = 𝑥2 + 𝑦2 − = 𝜕𝐹 𝜆 = 1, 𝑥 = 0, 𝑦 = −2 { =0 𝜕𝑥 𝜕𝐹 𝜕𝜆 - Tính: 𝜕2 𝐹 𝜕𝑥 = 2(1 + 𝜆); 𝜕2 𝐹 𝜕𝑥𝜕𝑦 = 0; 𝜕2 𝐹 𝜕𝑦 = 2(𝜆 − 1) B2 Lập dạng toàn phương: 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 𝑮(𝒙, 𝒚, 𝝀, 𝒉, 𝒌) = ℎ + ℎ 𝑘 + 𝑘 = 2(1 + 𝜆) ℎ2 + 2(𝜆 − 1)𝑘 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 Có: 𝑫∗ = {(𝒙, 𝒚): 𝜕𝜑 𝜕𝜑 (𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝑥 + (𝒙 , 𝒚 ) 𝑦 = 0} = {(𝒙, 𝒚): 𝒙𝟎 𝒙 + 𝒚𝟎 𝒚 = 𝟎} 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝟎 𝟎 * Với 𝜆 = −1, 𝑥 = ±2, 𝑦 = 0, 𝑐ó: 𝑫∗ = {(𝒙, 𝒚): 𝒙 = 𝟎} = {(𝟎, 𝒚), 𝒚 ∈ 𝑹} 𝑮(𝒉, 𝒌) = −𝟒𝑘 < 0, ∀(ℎ, 𝑘) ∈ 𝑫∗ : (ℎ, 𝑘) ≠ (0,0) Vậy với ràng buộc , 𝒇(𝒙, 𝒚) đạt cực đại có đ/k (2, 0) (-2, 0) 𝒇𝒄.đạ𝒊 đ/𝒌 = 𝒇(−𝟐, 𝟎) = 𝒇(𝟐, 𝟎) = 𝟒 * Với 𝜆 = 1, 𝑥 = 0, 𝑦 = ±2, 𝑐ó: 𝑫∗ = {(𝒙, 𝒚): 𝒚 = 𝟎} = {(𝒙, 𝟎), 𝒙 ∈ 𝑹} 𝑮(𝒉, 𝒌) = 𝟒ℎ2 > 0, ∀(ℎ, 𝑘) ∈ 𝐷 ∗ : (ℎ, 𝑘) ≠ (0,0) Vậy với ràng buộc 𝑥 + 𝑦 = , 𝒇(𝒙, 𝒚) đạt cực tiểu có đ/k (0, 2) (0, -2) 𝒇𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 đ/𝒌 = 𝒇(𝟎, 𝟐) = 𝒇(𝟎, −𝟐) = −𝟒 c 𝑅à𝑛𝑔 𝑏𝑢ộ𝑐: 𝑥 − 𝑦 + = ⟺ 𝑦 = 𝑥 + Cực trị có đ/k 𝑓(𝑥, 𝑦) = (𝑥 − 1)𝑦 − 3𝑦 + trở thành cực trị tự hàm: 𝑢(𝑥) = 𝑓 (𝑥, 𝑦(𝑥)) = (𝑥 − 1)(𝑥 + 1)2 − 3(𝑥 + 1) + = 𝑥 + 𝑥 − 4𝑥 − Có: 𝑢′ (𝑥) = 3𝑥2 + 2𝑥 − 4; 𝑢′ (𝑥) = ⟺ 1 𝑥 = 𝑥1 = (−1 + √13)(𝑦 = (2 + √13); 𝑢(𝑥1 ) = − (43 + 26√13)) 3 27 [ 1 𝑥 = 𝑥2 = (−1 − √13) (𝑦 = (2 − √13); 𝑢(𝑥2 ) = (−43 + 26√13))) 3 27 BBT: 𝑥 (−1 − √13) −∞ 𝑢′ (𝑥) + 𝑢 (𝑥 ) (−1 + √13) - +∞ + 𝑢(𝑥2 ) 𝑢(𝑥1 ) Suy ra: Với ràng buộc 𝑥 − 𝑦 + = 0, 𝑓(𝑥, 𝑦) đạt cực đại có điều kiện 1 ( (−1 − √13), (2 − √13)) 3 1 𝒇𝒄.đạ𝒊 đ/𝒌 = 𝒇 ( (−1 − √13), (2 − √13)) = (−43 + 26√13))) 3 27 1 𝑓(𝑥, 𝑦) đạt cực tiểu có điều kiện ( (−1 + √13), (2 + √13)) 3 1 𝒇𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 đ/𝒌 = 𝒇 ( (−1 + √13), (2 + √13)) = − (43 + 26√13))) 3 27 - Nếu dùng p.pháp nhân tử Lagrange: * Lập hàm phụ Lagrange: 𝑭(𝒙, 𝒚, 𝝀) = 𝒇(𝒙, 𝒚) + 𝝀 𝝋(𝒙, 𝒚) = (𝑥 − 1)𝑦 − 3𝑦 + + 𝝀 (𝑥 − 𝑦 + 1) Tính: 𝜕𝐹 𝜕𝑥 = 𝑦 + 𝝀 ; 𝜕𝐹 𝜕𝑦 = 2(𝑥 − 1)𝑦 − − 𝝀 ; 𝜕𝐹 𝜕𝜆 =𝑥−𝑦+1 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 = 0; = 2𝑦; = 2𝑥 − 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 𝜕𝐹 =0 𝑦2 + 𝝀 = - Giải hệ p.t: 𝜕𝑦 = (∗) ⟺ {2(𝑥 − 1)𝑦 − − 𝝀 = 𝑥−𝑦+1=0 𝜕𝐹 = { 𝜕𝑥 𝜕𝐹 𝜕𝜆 1 𝜆 = (−17 + 4√13), 𝑥 = (−1 − √13), 𝑦 = (2 − √13) 3 ⟺{ 1 𝜆 = − (17 + 4√13), 𝑥 = (−1 + √13), 𝑦 = (2 + √13) 3 B2 Lập dạng toàn phương: 𝑮(𝒙, 𝒚, 𝝀, 𝒉, 𝒌) = 𝑫∗ = {(𝒙, 𝒚): 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 𝜕2𝐹 ℎ + ℎ 𝑘 + 𝑘 = 4𝑦 ℎ 𝑘 + (2𝑥 − 2)𝑘 2 𝜕𝑥 𝜕𝑥𝜕𝑦 𝜕𝑦 𝜕𝜑 𝜕𝜑 (𝒙𝟎 , 𝒚𝟎 ) 𝑥 + (𝒙 , 𝒚 ) 𝑦 = 0} = {(𝒙, 𝒚): 𝒙 − 𝒚 = 𝟎} 𝜕𝑥 𝜕𝑦 𝟎 𝟎 1 * Với 𝜆 = (−17 + 4√13), 𝑥 = (−1 − √13), 𝑦 = (2 − √13), 𝑡𝑟ê𝑛 𝑫∗ 𝑐ó 3 𝑮(𝒉, 𝒌) = 𝑮(𝒉, 𝒉) = −2√13 ℎ2 < 0, ∀ℎ ≠ 1 Vậy (𝑥, 𝑦) đạt cực đại có điều kiện ( (−1 − √13), (2 − √13)) 3 1 𝒇𝒄.đạ𝒊 đ/𝒌 = 𝒇 ( (−1 − √13), (2 − √13)) = (−43 + 26√13))) 3 27 1 * Với 𝜆 = − (17 + 4√13), 𝑥 = (−1 + √13), 𝑦 = (2 + √13), 𝑡𝑟ê𝑛 𝑫∗ 𝑐ó 3 𝑮(𝒉, 𝒌) = 𝑮(𝒉, 𝒉) = 2√13 ℎ2 > 0, ∀ℎ ≠ 1 Vậy 𝑓(𝑥, 𝑦) đạt cực tiểu có điều kiện ( (−1 + √13), (2 + √13)) 3 1 𝒇𝒄.𝒕𝒊ể𝒖 đ/𝒌 = 𝒇 ( (−1 + √13), (2 + √13)) = − (43 + 26√13))) 3 27 Chương Phương trình vi phân (==C6+Ktra==) 6.1 Mở đầu phương trình vi phân (PTVP) (==S5,C5===) P.trình vi phân(ta viết tắt là: PTVP) p.trình l.hệ biến độc lập 𝑥 với hàm số cần tìm 𝑦 đạo hàm cấp hàm này: 𝐹(𝑥, 𝑦, 𝑦 ′ , … , 𝑦 (𝑛) ) = (1) - Cấp PTVP cấp cao đạo hàm p.trình - Nghiệm PTVP hàm thỏa mãn p.trình Nói chung PTVP thường có vơ số nghiệm - Nghiệm tổng quát PTVP (1) họ hàm: y = 𝜑(𝑥, 𝑐1 , … , 𝑐𝑛 ) phụ thuộc n tham số: 𝑐1 , … , 𝑐𝑛 nhận giá trị tùy ý tập hợp đó, thỏa mãn PTVP cho - Cho tham số nhận giá trị cụ thể, ta nhận từ nghiệm tổng quát hàm cụ thể, gọi nghiệm riêng PTVP I Phương trình vi phân cấp 1 Tổng quan PTVP cấp a/ Dạng: 𝐹(𝑥, 𝑦, 𝑦 ′ ) = (2) b/ Nghiệm t.quát PTVP cấp có dạng: y = 𝜑(𝑥, 𝑐)(𝑐 𝑙à ℎằ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑡ù𝑦 ý) c/ T.phân t.quát PTVP cấp có dạng: l𝜱(𝒙, 𝒚, 𝒄 ) = 𝟎 d/ B.tốn Cauchy: Tìm nghiệm y = y(x) PTVP (1) cho: y(𝑥0 ) = 𝑦0 Cách giải: B1 Tìm nghiệm tổng quát: y = 𝜑(𝑥, 𝑐) (𝑐 số tùy ý) B2 Điều kiện: y(𝑥0 ) = 𝑦0 ⟺ 𝜑(𝑥0 , 𝑐) = 𝑦0 (là phương trình 𝑐) Giải phương trình tìm 𝑐 = 𝑐0 Nghiệm cần tìm là: 𝑦 = 𝜑(𝑥, 𝑐0 ) Giải số phương trình vi phân cấp 2.1 Phương trình tách biến ( PT biến số phân ly) a Dạng: M(x).dx + N(y).dy = (3) M(x), N(y) hàm liên tục cho trước b Cách giải: Chuyển vế (3) ta có: M(x) dx = – N(y) dy Lấy t.phân hai vế, nhận được: ∫ 𝑀(𝑥)𝑑𝑥 = − ∫ 𝑁(𝑦)𝑑𝑦 + 𝑐 T.phân t.quát là: ∫ 𝑀(𝑥)𝑑𝑥 + ∫ 𝑁(𝑦)𝑑𝑦 = 𝑐 (hằng số tùy ý) c Chú ý: PTVP dạng sau đưa dạng tách biến: M1(x)N1(y) dx + M2(x) N2(y) dy = (3a) Giải: Nếu M2(x) N1(y) = có nghiệm x = a hay y = b nghiệm nghiệm (3a) - Với M2(x) N1(y) ≠ , từ (3a) ta nhận được: 𝑀(𝑥)𝑑𝑥 + 𝑁(𝑦)𝑑𝑦 = (𝑀(𝑥) = 𝑀1 (𝑥) 𝑁2 (𝑦) 𝑀2 𝑁1 (𝑦) ; 𝑁(𝑦) = (𝑥) ) phương trình tách biến Vd1: Giải phương trình vi phân sau (a) s𝑖𝑛𝑥 𝑑𝑥 + 𝑦𝑒 𝑦 𝑑𝑦 = 0; (𝑏) 𝑥 (𝑦 − 1)𝑑𝑥 + 𝑦 (𝑥 + 1)𝑑𝑦 = Giải (a) P.trình có dạng: 𝑀(𝑥)𝑑𝑥 + 𝑁(𝑦)𝑑𝑦 = 0, (𝑀(𝑥) = s𝑖𝑛𝑥, 𝑁(𝑦) = 𝑦𝑒 𝑦 ) Tích phân tổng quát có dạng: ∫ 𝑀(𝑥)𝑑𝑥 + ∫ 𝑁(𝑦)𝑑𝑦 = 𝑐 (hằng số tùy ý), hay: ∫ sin 𝑥 𝑑𝑥 + ∫ 𝑦𝑒 𝑦 𝑑𝑦 = 𝑐 2.2 Phương trình nhất: Dạng: y’ = f(x, y) (4) (f(x, y) cho trước, l.tục thỏa: f(k.x, k.y) = f(x, y), ⩝ số k≠ 0) Cách giải: Đặt y = u.x (u hàm x), từ (4) nhận được: x.u’ = f(1; u) – u (4a) - Nếu f(1; u) – u = có nghiệm u = a nghiệm thỏa (4a), nên y = a.x nghiệm (4) 1 𝑥 𝑓(𝑢)−𝑢 - Với f(1; u) – u ≠ 0, (4a) cho ta: 𝑑𝑥 = ℎ𝑎𝑦: 𝑙𝑛|𝑥| = ∫ 𝑑𝑢, 𝑦 𝑓(𝑢)−𝑢 𝑑𝑢 + 𝑐1 = ℎ(𝑢) + 𝑐1 ⇔ 𝑥 = 𝑐 𝑒 ℎ(𝑥) Hệ thức sau tích phân tổng quát PTVP(4) Vd 4: Giải PTVP: 𝑦 ′ = 2𝑥−𝑦 𝑦+2𝑥 2.3 Phương trình vi phân tuyến tính cấp a Dạng: A(x).y’ + B(x).y = C(x) (5) A(x), B(x), C(x) hàm cho trước, liên tục A(x) ≠ Chia hai vế cho A(x), p.trình cho đưa dạng tắc: y’ + p(x).y = q(x) (5a) Khi p.trình: y’ + p(x).y = (5b) gọi ptvp t.tính cấp tương ứng với (5a) b Giải: b1 Giải PTVP tuyến tính nhất: y’ + p(x).y = (5b): - Nhận thấy y = nghiệm (5b) - Với y ≠ 0, (5b) cho ta: 𝑦 = 𝑐 𝑒 − ∫ 𝑝(𝑥)𝑑𝑥 (c số tùy ý khác 0) Kết hợp với nghiệm y = ta có nghiệm t.quát là: 𝑦 = 𝑐 𝑒 − ∫ 𝑝(𝑥)𝑑𝑥 (c số tùy ý) (5b’) b2 Giải PTVP t.tính không : y’ + p(x).y = q(x) (5a) Đặt 𝑦 = 𝑢(𝑥) 𝑒 − ∫ 𝑝(𝑥)𝑑𝑥 , thay vào (5a) , nhận được: 𝑢 = ∫ 𝑞(𝑥)𝑒 ∫ 𝑝(𝑥)𝑑𝑥 𝑑𝑥 + 𝑐 Nghiệm t.quát PTVP tuyến t.cấp không t.nhất (5a) là: 𝒚 = 𝒆− ∫ 𝒑(𝒙)𝒅𝒙 {∫ 𝒒(𝒙)𝒆∫ 𝒑(𝒙)𝒅𝒙 𝒅𝒙 + 𝒄 } (5a’) Chú ý: Khi giải PTVP t.tính cấp cụ thể, ta viết biểu thức nghiệm tổng quát (5a’) hay (5b’), tính tích phân có liên quan thay vào Vd 5: Giải: 𝑎 𝑦 ′ − 2𝑥𝑦 = 0; 𝑏 𝑦 ′ − 𝑥𝑦 = 𝑥; 𝑐 𝑦 ′ + 3𝑦 = 𝑠𝑖𝑛𝑥 Vd 6: Tìm nghiệm p.trình: y’ + y/x = cosx, thỏa mãn: y(𝜋) = 2.3 Phương trình Bernoulli a Dạng: 𝒚′ + 𝒑(𝒙) 𝒚 = 𝒒(𝒙) 𝒚𝜶 (6) b Cách giải: TH1 Nếu: 𝛼 = 0, ℎ𝑜ặ𝑐 𝛼 = 1, (6) PTVP tuyến tính cấp TH2 Nếu: 𝛼 < 0, từ (6) phải có 𝑦 ≠ 0, chia vế (6) cho 𝒚𝜶 , nhận pt: 𝒖′ + (𝟏 − 𝜶)𝒑(𝒙) 𝒖 = (𝟏 − 𝜶)𝒒(𝒙)(𝑢 = 𝒚𝟏−𝜶 ) (6a) (6a) PTVP t.tính cấp 1, có nghiệm t.qt: 𝑢 = ℎ(𝑥, 𝑐) 𝟏 Suy nghiệm t.quát (6): 𝒚 = {𝒉(𝒙, 𝒄)}𝟏−𝜶 TH3 Nếu < 𝛼 ≠ 1, nhận thấy: 𝑦 = nghiệm (6) Khi 𝑦 ≠ lặp lại cách giải TH2

Ngày đăng: 04/09/2023, 06:50

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w