먼저 혼자 풀어 보고, 풀이로 확인한 다음, 아래 「한 번 더」 문제로 이어서 연습하세요.
CLP-3 · 2.9절 · 23번대학 수준우리말 번역
다음과 같이 두자.
f(x,y)=xy(x+2y−6)
(a) f(x,y) 의 모든 임계점을 구하고, 각각을 분류하세요.
(b) D 를 쌍곡선 xy=4 와 직선 x+2y−6=0 사이에 있는 평면 영역이라 하자. D 에서 f(x,y) 의 최댓값과 최솟값을 구하세요.
영어 원문 보기
Let
f(x,y)=xy(x+2y−6)
(a) Find every critical point of f(x,y) and classify each one.
(b) Let D be the region in the plane between the hyperbola
xy=4 and the line x+2y−6=0. Find the maximum and minimum values of
f(x,y) on D.
임계점은 어느 것도 D 에 속하지 않는다. 따라서 최댓값과 최솟값은 (2,2) 또는 (4,1) 에서 나타나거나, xy=4, 2<x<4 위에서 나타난다(이 경우 F(x)=f(x,x4)=4(x+x8−6) 은 F′(x)=4−x232=0⟺x=±22 를 만족한다). 또는 x+2y=6, 2<x<4 위에서 나타난다(이 경우 f(x,y) 는 항등적으로 영이다). 그러므로 최솟값과 최댓값은 다음 중 한 점에서 나타난다.
fx(x,y)=fy(x,y)=0⟺2y(x+y−3)=0 and x(x+4y−6)=0⟺{y=0 or x+y=3} and {x=0 or x+4y=6}⟺{x=y=0} or {y=0,x+4y=6} or {x+y=3,x=0} or {x+y=3,x+4y=6}⟺(x,y)=(0,0) or (6,0) or (0,3) or (2,1)
Here is a table giving the classification of each of the four critical
points.
(b) Observe that xy=4 and x+2y=6 intersect when x=6−2y and
(6−2y)y=4⟺2y2−6y+4=0⟺2(y−1)(y−2)=0⟺(x,y)=(4,1) or (2,2)
The shaded region in the sketch below is D.
None of the critical points are in D. So the max and min must occur
at either (2,2) or (4,1) or on xy=4, 2<x<4 (in which case
F(x)=f(x,x4)=4(x+x8−6) obeys
F′(x)=4−x232=0⟺x=±22) or on
x+2y=6, 2<x<4 (in which case f(x,y) is identically zero). So the
min and max must occur at one of
The maximum value is 0 and the minimum value is 4(42−6)≈−1.37.
한 번 더 — 비슷한 문제CLP-3 · 2.9절 · 34번우리말 번역
(a) 함수
f(x,y)=2x+4y+xy1
가 제1사분면 x>0, y>0 에서 임계점을 정확히 하나만 가짐을 보이고,
그 점에서의 함숫값을 구하세요.
(b) 이차 도함수 판정법을 이용하여 (a)에서 구한 임계점의 종류를 판별하세요.
(c) 이로부터 부등식 2x+4y+xy1≥6 이
모든 양의 실수 x, y 에 대해 성립하는 이유를 설명하세요.
다 풀었으면 정답 확인
(a) x,y>0 에서
fxfy=2−x2y1=0⟺y=2x21=4−xy21=0
첫째 식에서 얻은 y=2x21 을 둘째 식에 대입하면
4−4x3=0
이고, 이로부터 x=1, y=21 이다. x=1, y=21 일 때,
f(1,21)=2+2+2=6
(b) 이차 도함수는
fxx(x,y)=x3y2fxy(x,y)=x2y21fyy(x,y)=xy32
특히
fxx(1,21)=4fxy(1,21)=4fyy(1,21)=16
fxx(1,21)fyy(1,21)−fxy(1,21)2=4×16−42=48>0 이고 fxx(1,21)=4>0 이므로
점 (1,21) 은 극소이다.
(c) x 또는 y 가 무한대로 갈 때(다른 변수는 0 이상일 때),
2x+4y 는 +∞ 로 발산한다. (x,y) 가 x축과 y축 중 제1사분면에 속하는 부분의 어떤 점으로 가까워져도 xy1 는 +∞ 로 발산한다.
따라서 x 또는 y 가 제1사분면의 경계(무한대도 경계에 포함한다)로 가까워지면 f(x,y) 는 +∞ 로 발산한다.
그러므로 (1,21) 은 제1사분면에서 f 의 극솟값일 뿐만 아니라 최솟값을 갖는 점이다. 따라서 모든 x,y>0 에 대해
f(x,y)≥f(1,21)=6 이다.