題目
Problem
PART 2:
- f(x,y) is a differentiable function. On the curve tan−1(xy)+y=2+4π, f obtains local maximum at (x,y)=(21,2). Suppose that fx(21,2)=2.
(a) Find ∇f(21,2).
(b) Assume that on another curve tan−1(xy)+y=1.9+4π, f obtains local maximum at (x0,y0) which is near (21,2). Use linear approximation to estimate f(x0,y0)−f(21,2).
解答
解法一
思路
展開
- 在限制曲線上取得局部極值,梯度必與限制函數的梯度平行;先由拉格朗日乘子法求出 ∇f。
- 第二小題不用解出新極值點。因為兩個梯度在基準點平行,可把 f 的線性變化換成限制函數的變化。
答題過程
展開
令
g(x,y)=tan−1(xy)+y.
在 (21,2),
∇g=(1+x2y2y,1+x2y2x+1)=(1,45).
(a) 拉格朗日乘子條件給出
∇f+λ∇g=0.
已知 fx=2,故 2+λ=0,所以 λ=−2。第二個分量因此滿足
fy−2⋅45=0,
從而
∇f(21,2)=(2,25).
(b) 注意到
∇f(21,2)=2∇g(21,2).
以線性近似,
f(x0,y0)−f(21,2)≈∇f(21,2)⋅(x0−21,y0−2)=2∇g(21,2)⋅(x0−21,y0−2)≈2[g(x0,y0)−g(21,2)]=2[(1.9+4π)−(2+4π)]=−0.2.
所以
f(x0,y0)−f(21,2)≈−0.2.