Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Математика. Функции нескольких переменных

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
2.32 Mб
Скачать

z

2x y ,

z

x .

x

 

y

 

Решая систему, найдем критические точки:

 

z

0

 

x

 

 

 

z

 

 

0 .

 

y

 

 

 

2x y 0

Следовательно,

x 0 .

M0 0;0 – критическая точка, которая не лежит внутри по-

строенной области.

3. Исследуем поведение функции на границах области.

Граница АС: y 0

, причем x

 

 

 

 

.

5;

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда z x2 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем z 2x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Критическая точка: z 0 .

 

 

 

2x 0 , x 0

 

 

 

 

 

 

 

5; 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим значение функции при x 0 : z 4 .

Граница ABC: дуга параболы y x2 5 , причем 5 x 5 . Тогда z x2 x x2 5 4

или

z x3 x2 5x 4 .

Найдем z 3x2 2x 5 .

Критические точки определяем из условия z 0 : 3x2 + 2x – 5 = 0.

Следовательно, x1 1, x2 53 .

Обе точки принадлежат промежутку

 

 

 

 

 

.

5;

5

 

 

 

 

 

81

Вычислим значения функции при x 1 и x

5

.

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z 1 1 1 5 4 7 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

5 3

 

 

5

 

2

 

 

5

 

 

67

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

4

 

 

.

 

 

 

 

3

 

27

 

 

 

3

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

4. Вычислим значения функции в вершинах области (в данном случае – это точки пересечения кривой с осью OX).

z A z 5;0 1 ; z C z 5;0 1 .

Сравнивая все вычисленные значения функции, заключаем:

 

 

67

 

 

5

 

20

 

zнаиб

 

, достигается на границе ABC в точке

 

;

 

.

 

 

 

 

 

27

 

 

3

 

9

 

zнаим 7 , достигается на границе ABC в точке 1;4 .

82

ПРИЛОЖЕНИЯ

Вариант 1

1. Найти и изобразить на чертеже область определения функ-

ций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) z

3 xy

 

 

 

б) z

1 x2 y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x 5y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Найти частные производные и полный дифференциал функ-

ции z ln y2 e x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить значение производной

dz

,

если z ex 2 y , где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x sin2 t , y t3 , при t 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

du

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

4.

Найти производную

 

, если u x ctg z2

 

x , где x e

 

.

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Найти частные производные

,

z , если z x cos 1

y2

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где x u v , y u v .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Найти производную

dy

функции

y y x , заданной урав-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нением arctg(x y) x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Вычислить значения частных производных z

, z

функ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

 

 

 

 

 

ции z z x, y , заданной уравнением x3

y3 z3 3xyz 4 ,

в точ-

ке

M0 2;1;1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Проверить,

удовлетворяет ли функция

 

u

y

 

уравнению

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2u

 

 

2u

2 2u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

2xy

 

y

y2 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83

9. Найти уравнения касательной плоскости и нормали к по-

верхности S : x2 y2 z2 4x 6z 8 0

в точке M0 2;1; 1 .

10.На поверхности S: z x2 y2 найти точки, в которых касательная плоскость параллельна плоскости 2x 2y z 0 .

11.Найти градиент и производную функции z ln x y в

точке М0 1;3 в направлении линии

y2 9x в сторону возрастания

аргумента x .

 

 

 

 

12.

Исследовать

на

экстремум

функцию

z y x 2y2 x 14y .

13. Найти наибольшее и наименьшее значения функции z 3x y xy в области D : y x, y 4, x 0 .

84

Вариант 2

1. Найти и изобразить на чертеже область определения функ-

ций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) z arcsin x y ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) z ln 2 x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x .

 

 

2.

Найти частные производные и полный дифференциал

функции z arctg x2 y2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

Вычислить

 

значение

 

производной

dz

,

 

 

если

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z ln ex e y , где x

1

,

y

1

, при t 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

t3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

, если y zex z2 , где z 3

 

 

 

 

4.

Найти производную

 

 

x .

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

Найти частные производные

 

z

,

 

z , если z cos xy , где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x u v2 ,

y u2 v .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Найти производную

 

 

dy

функции

 

y y x ,

заданной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уравнением tg y xy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Вычислить значения частных производных z

,

z

 

функ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

ции

z z x, y , заданной уравнением x2

y2

z2 xy 2 ,

в точке

M0 1;0;1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Проверить,

удовлетворяет ли функция u ln

x

 

уравнению

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

2u

y2

2u

0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

Найти уравнения касательной плоскости и нормали к по-

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

;

 

9

 

 

 

 

 

 

верхности

S : z y

 

y 2 в точке M0 0;

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

4

 

 

 

 

 

 

85

10.

На поверхности S : 2x2 y2

z2 1 0 найти точки, в ко-

торых касательная плоскость параллельна плоскости 2x z 0 .

11.

Найти

градиент

и

производную

функции

z 5x2

3x y 1 в точке М0 2;1 в направлении, идущем от точ-

ки М0

к точке N 5;5 .

 

 

 

 

12. Исследовать на экстремум функцию z x3 8y3

6xy 5 .

13.

Найти наибольшее и

наименьшее значения

функции

z xy x 2y в области D : y x,

y 1, y x .

 

86

Вариант 3

1. Найти и изобразить на чертеже область определения функ-

ций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) z

y2 x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) z ln 1

x2 y2

 

x y .

 

 

2.

Найти частные производные и полный дифференциал функ-

ции z arcsin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить

значение производной

dz

, если z yx

,

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

x ln t 1 ,

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y e2

, при t 2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Найти

производную

 

dz

, если

 

z ln ex e y ,

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

x cos2 y.

5. Найти частные производные uz , vz , если z x2 cos y , где x uv , y uv .

6. Найти производную dy функции y y x , заданной урав- dx

нением a cos2 (x y) y .

7. Вычислить значения частных производных z , z функ-

x y

ции z z x, y , заданной уравнением 3x 2y z xz 5 , в точке

M0 2;1; 1 .

8. Проверить, удовлетворяет ли функция u ln x2 y 1 2

уравнению 2u 2u 0.

x2 y2

9. Найти уравнения касательной плоскости и нормали к поверхности S : x2 y2 z2 xy 3z 7 0 в точке M0 1;2;1 .

87

10.

На поверхности S : x2 y2

z2 4x 6z 1 0

найти точ-

ки, в

которых касательная

плоскость параллельна

плоскости

3x y 2z 0.

 

 

 

 

 

 

11. Найти градиент и производную функции z x2

y2 в точ-

ке М0 6; 8 в направлении линии

y

2

x2 в сторону убывания

 

 

 

 

 

9

 

 

аргумента x .

 

 

 

 

 

 

12.

Исследовать

 

на

экстремум

функцию

z 1 15x 2x2 xy 2y2 .

 

 

 

 

 

 

13.

Найти наибольшее

и

наименьшее значения функции

z x2 8y 2xy 4x в области

D : y 0, y x 2, x 1, x 0 .

88

 

 

 

 

 

Вариант 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Найти и изобразить на чертеже область определения функ-

ций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z ln 4 y2 x2

 

б) z arcsin x 2

 

 

 

 

а)

 

y .

 

2.

Найти частные производные и полный дифференциал функ-

ции z arccos x y2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

Вычислить значение производной

dz

,

если

z ey 2 x 2 , где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

x sin t,

y = cos t, при t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

Найти производную

dx

, если

x zy cos

z

, где y 2z .

 

 

 

 

 

 

 

 

dz

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

5.

Найти частные производные

z

,

 

z

, если z cos x2 y2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u

 

v

 

 

 

 

 

 

где x u v , y u v .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

Найти производную

 

dy

функции y y x ,

заданной урав-

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нением ey x y2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

Вычислить значения частных производных

z ,

z функ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y

ции z z x, y , заданной уравнением

ez x 2y z 4 , в точке

M0 1;1;0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

 

 

Проверить,

 

удовлетворяет

 

ли

функция

 

 

 

 

2u

2u

 

 

 

 

u ln

x 1 2 y 2 2 уравнению

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

y2

 

 

 

 

 

 

9.

 

Найти уравнения касательной плоскости и нормали к по-

верхности S : x2 z2 y 6 0 в точке M0 1; 1;2 .

 

 

 

89

10.

На поверхности

S : x2 y2 4x z 7 0 найти точки, в

которых

касательная

плоскость

параллельна

плоскости

6x z 1 0 .

 

 

 

 

 

 

 

Найти градиент и производную функции z arcsin

x

11.

 

в

x y

точке М0 5;5 в направлении линии

y2 5x в сторону убывания

аргумента x .

 

 

 

 

 

 

12.

Исследовать

на

экстремум

функцию

z 1 6x x2 xy y2 .

 

 

 

 

 

13.

Найти

наибольшее и наименьшее значения

функции

z 5x2 y2 3xy

в области D : y 0, y 1 x, y x 1 .

 

 

 

90