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102 台灣大學微積分(B) 第 11 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

102學年度 · 102台大微積分B · 第 11 題

題目

Problem

二、多選題(占 32 分)

  1. 當 f(x,y)=x2+y2+exp⁡(x−y)f(x,y)=x^2+y^2+\exp(x-y),且 F(x,y,z)=f(x,y)−zF(x,y,z)=f(x,y)-z。請問下列哪些選項是正確的?

(A) ∂f∂x+∂f∂y=2x+2y\dfrac{\partial f}{\partial x}+\dfrac{\partial f}{\partial y}=2x+2y

(B) ∂2f∂x2−∂2f∂y2=2exp⁡(x−y)\dfrac{\partial^2 f}{\partial x^2}-\dfrac{\partial^2 f}{\partial y^2}=2\exp(x-y)

(C) ∇F\nabla F at the point (1,2,−1)(1,2,-1) is (1,3,−1)T(1,3,-1)^T

(D) The tangent plane to the graph of the function F(x,y)F(x,y) at the point (1,1,3)(1,1,3) is 3(x−1)+(y−1)−(z−3)=03(x-1)+(y-1)-(z-3)=0.

(E) The minimum value of f(x,y)f(x,y) is 00。

解答

解法一

思路

展開
  • 先列出 ff 的一、二階偏導數,逐一檢驗 (A)、(B)。
  • 把曲面寫成 z=f(x,y)z=f(x,y) 後,以梯度得到切平面;最後判斷 ff 是否可達到 00。

答題過程

展開 fx=2x+ex−y,fy=2y−ex−y.f_x=2x+e^{x-y},\qquad f_y=2y-e^{x-y}.

相加得 fx+fy=2x+2yf_x+f_y=2x+2y,所以 (A) 正確。又

fxx=fyy=2+ex−y,f_{xx}=f_{yy}=2+e^{x-y},

故 (B) 錯。在 (1,2,−1)(1,2,-1),

∇F=(fx,fy,−1)=(2+e−1,4−e−1,−1),\nabla F=(f_x,f_y,-1)=(2+e^{-1},4-e^{-1},-1),

並非 (C) 所列向量。對曲面 z=f(x,y)z=f(x,y),在 (1,1,3)(1,1,3) 有 fx=3,fy=1f_x=3,f_y=1,故切平面為

3(x−1)+(y−1)−(z−3)=0,3(x-1)+(y-1)-(z-3)=0,

所以 (D) 正確。最後 x2+y2+ex−y>0x^2+y^2+e^{x-y}>0,故 (E) 錯。答案為 (A)、(D)\boxed{\text{(A)、(D)}}。