문제 은행 · 미적분 · 대학 미적분 · 다변수 미분

라그랑주 승수법

조건(제약)이 있을 때 다변수함수의 최댓값·최솟값을 구한다

유형·난이도는 우리말 풀이가 붙은 문제는 선생님이 정했고, 나머지는 자동 분류라 다를 수 있어요. 난이도가 정해지지 않은 문제는 난이도로 거를 때 빠집니다.

1문제 · 1 / 1쪽

1.CLP-3 · 2.10절 · 1번대학 수준우리말 번역

(a) 함수 f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 +y^2 은 곡선 xy=1xy = 1 위에서 최댓값 또는 최솟값을 갖나요? 설명하세요. (b) 곡선 xy=1xy = 1 위에서 f(x,y)f(x, y) 의 최댓값과 최솟값을 모두 구하세요.

영어 원문 보기

(a) Does the function f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 +y^2 have a maximum or a minimum on the curve xy=1xy = 1? Explain. (b) Find all maxima and minima of f(x,y)f(x, y) on the curve xy=1xy = 1.

정답·풀이 보기

(a) f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 +y^2 은 점 (x,y)(x,y) 에서 원점까지의 거리의 제곱이다. 곡선 xy=1xy=1 위에는 xx 또는 yy 가 얼마든지 커지는 점이 있으므로 원점으로부터의 거리도 얼마든지 커진다. 따라서 ff 는 이 곡선 위에서 최댓값을 갖지 않는다. 반면 ff 는 최솟값을 갖는데, 이는 xy=1xy=1 위의 점 중 원점에 가장 가까운 점에서 얻어진다.

(b) 곡선 xy=1xy=1 위에서 y=1xy=\frac{1}{x} 이므로 f=x2+1x2f=x^2+\frac{1}{x^2} 이다.

ddx(x2+1x2)=2x−2x3=2x3(x4−1)\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left(x^2+\frac{1}{x^2}\right) =2x-\frac{2}{x^3} =\frac{2}{x^3}(x^4-1) \end{aligned}

이고 곡선 위의 어떤 점도 x=0x=0 이 아니므로, 최솟값은 x=±1x=\pm 1 일 때 얻어진다. 따라서 최솟값은 ±(1,1)\pm (1,1) 에서 나타나며, 이때 ff 의 값은 22 이다.

원본 교재 풀이(영어)

(a) f(x,y)=x2+y2f(x, y) = x^2 +y^2 is the square of the distance from the point (x,y)(x,y) to the origin. There are points on the curve xy=1xy=1 that have either xx or yy arbitrarily large and so whose distance from the origin is arbitrarily large. So ff has no maximum on the curve. On the other hand ff will have a minimum, achieved at the points of xy=1xy=1 that are closest to the origin.

(b) On the curve xy=1xy=1 we have y=1xy=\frac{1}{x} and hence f=x2+1x2f=x^2+\frac{1}{x^2}. As

ddx(x2+1x2)=2x−2x3=2x3(x4−1)\begin{aligned} \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}x}\left(x^2+\frac{1}{x^2}\right) =2x-\frac{2}{x^3} =\frac{2}{x^3}(x^4-1) \end{aligned}

and as no point of the curve has x=0x=0, the minimum is achieved when x=±1x=\pm 1. So the minima are at ±(1,1)\pm (1,1), where ff takes the value 22.

한 번 더 — 비슷한 문제 풀기OpenStax 3권 · 4.8절 · 34번
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