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95 台灣大學微積分(B) 第 9 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

95學年度 · 95台大微積分B · 第 9 題

題目

2. 點在

x2+y24+z29=1x^2+\frac{y^2}{4}+\frac{z^2}{9}=1

之上,求使 f(x,y,z)=xyzf(x,y,z)=xyz 有最大值和最小值之點,及所對應的函數值。

解答

解法一

思路

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  • 令 X=xX=x、Y=y/2Y=y/2、Z=z/3Z=z/3,橢球面化為單位球,再以 AM-GM 判定三個絕對值相等時乘積最大。

答題過程

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約束變為 X2+Y2+Z2=1X^2+Y^2+Z^2=1,且 xyz=6XYZxyz=6XYZ。由 AM-GM,

∣XYZ∣≤(X2+Y2+Z23)3/2=133.|XYZ|\le\left(\frac{X^2+Y^2+Z^2}{3}\right)^{3/2}=\frac1{3\sqrt3}.

因此最大、最小值為

23與−23.\boxed{\frac2{\sqrt3}\quad\text{與}\quad-\frac2{\sqrt3}}.

發生在

(x,y,z)=(ϵ13,2ϵ23,ϵ33),\boxed{(x,y,z)=\left(\frac{\epsilon_1}{\sqrt3},\frac{2\epsilon_2}{\sqrt3},\epsilon_3\sqrt3\right)},

其中 ϵi∈{1,−1}\epsilon_i\in\{1,-1\};ϵ1ϵ2ϵ3=1\epsilon_1\epsilon_2\epsilon_3=1 時取最大值,等於 −1-1 時取最小值。