§ 3.5

Экстремумы функций

[62/97%]
Показать
LaTeX
Подпараграф
Задача 3.5.1

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=x2+xy+y2−12x−3yu = x^{2}+x y+y^{2}-12 x-3 y;

(2)

u=3+2x−y−x2+xy−y2u = 3+2 x-y-x^{2}+x y-y^{2};

(3)

u=3x+6y−x2−xy+y2u = 3 x+6 y-x^{2}-x y+y^{2};

(4)

u=4x2−4xy+y2+4x−2y+1u = 4 x^{2}-4 x y+y^{2}+4 x-2 y+1.

Задача 3.5.2

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=3(x2+y2)−x3+4yu = 3\left(x^{2}+y^{2}\right)-x^{3}+4 y;

(2)

u=3x2y+y3−12x−15y+3u = 3 x^{2} y+y^{3}-12 x-15 y+3;

(3)

u=2x3+xy2+5x2+y2u = 2 x^{3}+x y^{2}+5 x^{2}+y^{2};

(4)

u=3x3+y3−3y2−x−1u = 3 x^{3}+y^{3}-3 y^{2}-x-1;

(5)

u=x3+y3+3axyu = x^{3}+y^{3}+3 a x y

Задача 3.5.3

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=x2y2−2xy2−6x2y+12xyu = x^{2} y^{2}-2 x y^{2}-6 x^{2} y+12 x y;

(2)

u=x4+y4−2x2u = x^{4}+y^{4}-2 x^{2};

(3)

u=x4+y4−2(x−y)2u = x^{4}+y^{4}-2(x-y)^{2};

(4)

u=2x4+y4−x2−2y2u = 2 x^{4}+y^{4}-x^{2}-2 y^{2};

(5)

u=xy2(12−x−y),x>0,y>0u = x y^{2}(12-x-y), x > 0, y > 0;

(6)

u=x2y3(6−x−y)u = x^{2} y^{3}(6-x-y)

Задача 3.5.4

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=(x+y)/(xy)−xyu = (x+y) /(x y)-x y;

(2)

u=8/x+x/y+yu = 8 / x+x / y+y;

(3)

u=81(1/x+1/y)−(x2+xy+y2)u = 81(1 / x+1 / y)-\left(x^{2}+x y+y^{2}\right);

(4)

u=xy+a/x+b/yu = x y+a / x+b / y.

Задача 3.5.5

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=3x2−2xy+y−8xu = 3 x^{2}-2 x \sqrt{y}+y-8 x;

(2)

u=x1+y+y1+x,x>−1,y>−1u = x \sqrt{1+y}+y \sqrt{1+x}, x > -1, y > -1;

(3)

u=1+x2+(y+2)23u = 1+x^{2}+\sqrt[3]{(y+2)^{2}};

(4)

u=1+y2−(x−2)45u = 1+y^{2}-\sqrt[5]{(x-2)^{4}}

(5)

u=xy12−4x2−y2u = x y \sqrt{12-4 x^{2}-y^{2}}

(6)

u=ax+yb+c1+x2+y2,a2+b2+c2>0u = \frac{a x+y b+c}{\sqrt{1+x^{2}+y^{2}}}, a^{2}+b^{2}+c^{2} > 0.

Задача 3.5.6

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=(x+y2)ex/2u = \left(x+y^{2}\right) e^{x / 2};

(2)

u=(x2−2y2)ex−yu = \left(x^{2}-2 y^{2}\right) e^{x-y}

(3)

u=(8x2−6xy+3y2)e2x+3yu = \left(8 x^{2}-6 x y+3 y^{2}\right) e^{2 x+3 y};

(4)

u=(5−2x+y)ex2−yu = (5-2 x+y) e^{x^{2}-y}

(5)

u=x3/3+3x2ey−e−y2u = x^{3} / 3+3 x^{2} e^{y}-e^{-y^{2}};

(6)

u=(25−5x−7y)e−(x2+xy+y2)u = (25-5 x-7 y) e^{-\left(x^{2}+x y+y^{2}\right)};

(7)

u=(ax2+by2)e−(x2+y2),a>0,b>0u = \left(a x^{2}+b y^{2}\right) e^{-\left(x^{2}+y^{2}\right)}, a > 0, b > 0.

Задача 3.5.7

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=x2+xy+y2−4ln⁡x−10ln⁡yu = x^{2}+x y+y^{2}-4 \ln x-10 \ln y;

(2)

u=108ln⁡x−xy2+y3/3u = 108 \ln x-x y^{2}+y^{3} / 3;

(3)

u=x2+y2−32ln⁡(xy)u = x^{2}+y^{2}-32 \ln (x y);

(4)

u=xyln⁡(x2+y2)u = x y \ln \left(x^{2}+y^{2}\right).

Задача 3.5.8

Исследовать функцию u(x;y)u(x ; y) на экстремум.

?
(1)

u=sin⁡x+cos⁡y+cos⁡(x−y),x∈(0;π/2),y∈(0;π/2)u = \sin x+\cos y+\cos (x-y), x \in (0 ; \pi / 2), y \in (0 ; \pi / 2);

(2)

u=sin⁡xsin⁡ysin⁡(x+y),x∈(0;π),y∈(0;π)u = \sin x \sin y \sin (x+y), x \in (0 ; \pi ), y \in (0 ; \pi );

(3)

u=x+y+4sin⁡xsin⁡yu = x+y+4 \sin x \sin y;

(4)

u=(1+ey)cos⁡x−yeyu = \left(1+e^{y}\right) \cos x-y e^{y}.

Задача 3.5.9

Найти все стационарные точки функции u=x4+y4−2x2u = x^{4}+y^{4}-2 x^{2} и исследовать ее на экстремум. Можно ли использовать при этом достаточные условия строгого экстремума?

?
Задача 3.5.10

Доказать, что функция u=(y2−x)(y2−2x)u = \left(y^{2}-x\right)\left(y^{2}-2 x\right) :

?
(1)

вдоль каждой прямой, проходящей через точку (0;0)(0 ; 0), имеет в этой точке минимум;

(2)

не имеет минимума в точке (0;0)(0 ; 0).

Задача 3.5.11

Может ли непрерывно дифференцируемая функция u(x;y)u(x ; y) иметь бесконечное множество строгих максимумов и ни одного минимума?

?
Задача 3.5.12

Верно ли утверждение: если непрерывно дифференцируемая функция u(x;y),(x;y)∈R2u(x ; y),(x ; y) \in R^{2}, имеет только одну стационарную точку (x0;y0)\left(x_{0} ; y_{0}\right), в которой у нее локальный минимум, то справедливо неравенство u(x;y)⩾u(x0;y0),(x;y)∈R2?u(x ; y) \geqslant u\left(x_{0} ; y_{0}\right),(x ; y) \in R^{2}?

?
Задача 3.5.13

Исследовать функцию u(x;y;z)u(x ; y ; z) на экстремум.

?
(1)

u=x2+y2+(z+1)2−xy+xu = x^{2}+y^{2}+(z+1)^{2}-x y+x;

(2)

u=8−6x+4y−2z−x2−y2−z2u = 8-6 x+4 y-2 z-x^{2}-y^{2}-z^{2};

(3)

u=x2+y2−z2−4x+6y−2zu = x^{2}+y^{2}-z^{2}-4 x+6 y-2 z;

(4)

u=x3+y2+z2+6xy−4zu = x^{3}+y^{2}+z^{2}+6 x y-4 z;

(5)

u=zyz(16−x−y−2z)u = z y z(16-x-y-2 z)

(6)

u=xy2z3(49−x−2y−3z)u = x y^{2} z^{3}(49-x-2 y-3 z).

Задача 3.5.14

Исследовать функцию u(x;y;z)u(x ; y ; z) на экстремум.

?
(1)

u=xy+xz2+y2zxyz+x+1u = \frac{x y+x z^{2}+y^{2} z}{x y z}+x+1;

(2)

u=256x+x2y+y2z+z2u = \frac{256}{x}+\frac{x^{2}}{y}+\frac{y^{2}}{z}+z^{2}

(3)

u=x+y24x+z2y+2zu = x+\frac{y^{2}}{4 x}+\frac{z^{2}}{y}+\frac{2}{z}

(4)

u=x2yz+y2xz+z2xyu = \frac{x^{2}}{y z}+\frac{y^{2}}{x z}+\frac{z^{2}}{x y}.

Задача 3.5.15

Исследовать функцию u(x;y;z)u(x ; y ; z) на экстремум.

?
(1)

u=sin⁡x+sin⁡y+sin⁡z−sin⁡(x+y+z),x,y,z∈(0;π)u = \sin x+\sin y+\sin z-\sin (x+y+z), x, y, z \in (0 ; \pi );

(2)

u=(x+7z)e−(x2+y2+z2)u = (x+7 z) e^{-\left(x^{2}+y^{2}+z^{2}\right)};

(3)

u=2ln⁡x+3ln⁡y+5ln⁡z+ln⁡(22−x−y−z)u = 2 \ln x+3 \ln y+5 \ln z+\ln (22-x-y-z).

Задача 3.5.16

Исследовать функцию u(x),x∈Rn,xk>0,k=1,2,…,nu(x), x \in R^{n}, x_{k} > 0, k = 1,2, \ldots , n, на экстремум:

?
(1)

u=x1x22…xnn(1−∑k=1nkxk)u = x_{1} x_{2}^{2} \ldots x_{n}^{n}\left(1-\sum_{k = 1}^{n} k x_{k}\right);

(2)

u=∑k=0nxk+1xk,x0=a>0,xn+1=b>0u = \sum_{k = 0}^{n} \frac{x_{k+1}}{x_{k}}, x_{0} = a > 0, x_{n+1} = b > 0.

Задача 3.5.17

Исследовать на экстремум непрерывно дифференцируемую функцию u=u(x;y)u = u(x ; y), заданную неявно условиями:

?
(1)

x2+y2+u2−4x−6y−4u+8=0,u>2x^{2}+y^{2}+u^{2}-4 x-6 y-4 u+8 = 0, u > 2;

(2)

25x2+y2+16u2−50x+64u−311=0,u<−225 x^{2}+y^{2}+16 u^{2}-50 x+64 u-311 = 0, u < -2;

(3)

x2+4y2+9u2−6x+8y−36u=0,u>2x^{2}+4 y^{2}+9 u^{2}-6 x+8 y-36 u = 0, u > 2;

(4)

(x2+y2+u2)2=8(x2+y2−u2),u>0\left(x^{2}+y^{2}+u^{2}\right)^{2} = 8\left(x^{2}+y^{2}-u^{2}\right), u > 0

(5)

(x2+y2+u2+9)2=100(x2+y2),u<0\left(x^{2}+y^{2}+u^{2}+9\right)^{2} = 100\left(x^{2}+y^{2}\right), u < 0.

Задача 3.5.18

Исследовать на строгий экстремум каждую непрерывно дифференцируемую функцию u=u(x;y)u = u(x ; y), заданную неявно уравнением:

?
(1)

x2+y2+u2+2x−2y+4u−3=0x^{2}+y^{2}+u^{2}+2 x-2 y+4 u-3 = 0;

(2)

2x2+2y2+u2+8yu−u+8=02 x^{2}+2 y^{2}+u^{2}+8 y u-u+8 = 0;

(3)

x3−y2+u2−3x+4y+u−8=0x^{3}-y^{2}+u^{2}-3 x+4 y+u-8 = 0;

(4)

(x2+y2)2+u4−8(x2+y2)−10u2+16=0\left(x^{2}+y^{2}\right)^{2}+u^{4}-8\left(x^{2}+y^{2}\right)-10 u^{2}+16 = 0.

Задача 3.5.19

Найти условные экстремумы функции u=f(x;y)u = f(x ; y) относительно заданного уравнения связи:

?
(1)

u=xy,x+y−1=0u = x y, x+y-1 = 0;

(2)

u=x2+y2,3x+2y−6=0u = x^{2}+y^{2}, 3 x+2 y-6 = 0;

(3)

u=x2−y2,2x−y−3=0u = x^{2}-y^{2}, 2 x-y-3 = 0;

(4)

u=xy2,x+2y−1=0u = x y^{2}, x+2 y-1 = 0;

(5)

u=cos⁡2x+cos⁡2y,x−y−π/4=0u = \cos^{2} x+\cos^{2} y, x-y-\pi / 4 = 0.

Задача 3.5.20

Относительно уравнения связи x/a+y/b−1=0x / a+y / b-1 = 0 найти условные экстремумы функции u=f(x;y)u = f(x ; y) :

?
(1)

u=xyu = x y;

(2)

u=x2+y2u = x^{2}+y^{2}

(3)

u=x2−y2u = x^{2}-y^{2}

(4)

u=xy2u = x y^{2}.

Задача 3.5.21

Найти условные экстремумы функции u=f(x;y)u = f(x ; y) относительно заданного уравнения связи:

?
(1)

u=5−3x−4y,x2+y2=25u = 5-3 x-4 y, x^{2}+y^{2} = 25;

(2)

u=1−4x−8y,x2−8y2=8u = 1-4 x-8 y, x^{2}-8 y^{2} = 8;

(3)

u=x2+xy+y2,x2+y2=1u = x^{2}+x y+y^{2}, x^{2}+y^{2} = 1;

(4)

u=2x2+12xy+y2,x2+4y2=25u = 2 x^{2}+12 x y+y^{2}, x^{2}+4 y^{2} = 25;

(5)

u=x/a+y/b,x2+y2=r2,r>0u = x / a+y / b, x^{2}+y^{2} = r^{2}, r > 0.

Задача 3.5.22

Исследовать функцию u=f(x;y)u = f(x ; y) на условный экстремум при заданных уравнениях связи (выяснить, можно ли при этом использовать метод Лагранжа):

?
(1)

u=(x−1)2+(y+1)2u = (x-1)^{2}+(y+1)^{2}, а) x2+y2−2xy=0x^{2}+y^{2}-2 x y = 0, б) x−y=0x-y = 0;

(2)

u=x4+y4,(x−1)3−y2=0u = x^{4}+y^{4},(x-1)^{3}-y^{2} = 0.

Задача 3.5.23

Исследовать функцию u=f(x;y)u = f(x ; y) на условный экстремум при заданных уравнения с связи:

?
(1)

u=1+1x+1y,1x2+1y2=18u = 1+\frac{1}{x}+\frac{1}{y}, \frac{1}{x^{2}}+\frac{1}{y^{2}} = \frac{1}{8};

(2)

u=ln⁡xy,x3+xy+y3=0u = \ln x y, x^{3}+x y+y^{3} = 0.

Задача 3.5.24

Верно ли для непрерывно дифференцируемых функций f(x;y)f(x ; y), f(x;y)f(x ; y) следующее утверждение: точка условного локального экстремума функции f(x,y)f(x, y) относительно уравнения связи φ(x;y)=0\varphi (x ; y) = 0 является стационарной точкой функции Лагранжа

L(x;y)=f(x;y)+λφ(x;y)? L(x ; y) = f(x ; y)+\lambda \varphi (x ; y)?
?
Задача 3.5.25

Найти условные экстремумы функции u=f(x;y;z)u = f(x ; y ; z) при заданном уравнении связи:

?
(1)

u=2x2+3y2+4z2,x+y+z=13u = 2 x^{2}+3 y^{2}+4 z^{2}, x+y+z = 13

(2)

u=xy2z3,x+y+z=12,x>0,y>0,z>0u = x y^{2} z^{3}, x+y+z = 12, x > 0, y > 0, z > 0;

(3)

u=x2y3z4,2x+3y+4z=18,x>0,y>0,z>0u = x^{2} y^{3} z^{4}, 2 x+3 y+4 z = 18, x > 0, y > 0, z > 0

(4)

u=sin⁡xsin⁡ysin⁡z,x+y+z=π/2,x>0,y>0,z>0u = \sin x \sin y \sin z, x+y+z = \pi / 2, x > 0, y > 0, z > 0;

(5)

u=x−2y+2z,x2+y2+z2=9u = x-2 y+2 z, x^{2}+y^{2}+z^{2} = 9

(6)

u=x−y+2z,x2+y2+2z2=16u = x-y+2 z, x^{2}+y^{2}+2 z^{2} = 16;

(7)

u=xyz,x2+y2+z2=3u = x y z, x^{2}+y^{2}+z^{2} = 3;

(8)

u=xy+2xz+2yz,xyz=108u = x y+2 x z+2 y z, x y z = 108;

(9)

u=x2+y2+z2,x2/a2+y2/b2+z2/c2=1,a>b>c>0u = x^{2}+y^{2}+z^{2}, x^{2} / a^{2}+y^{2} / b^{2}+z^{2} / c^{2} = 1, a > b > c > 0;

(10)

u=x+y+z,a/x+b/y+c/z=1,a>0,b>0,c>0u = x+y+z, a / x+b / y+c / z = 1, a > 0, b > 0, c > 0.

Задача 3.5.26

Найти условные экстремумы функции u=f(x,y,z)u = f(x, y, z) при заданных уравнениях связи:

?
(1)

u=xyz,x+y−z=3,x−y−z=8u = x y z, x+y-z = 3, x-y-z = 8;

(2)

u=xyz,xy+yz+zx=8,x+y+z=5u = x y z, x y+y z+z x = 8, x+y+z = 5

(3)

u=xy+yz,x2+y2=2,y+z=2,y>0u = x y+y z, x^{2}+y^{2} = 2, y+z = 2, y > 0;

(4)

u=x2+y2+z2,x2/4+y2+z2=1,x+y+z=0u = x^{2}+y^{2}+z^{2}, x^{2} / 4+y^{2}+z^{2} = 1, x+y+z = 0;

(5)

u=(x−1)2+(y−2)2+(z−3)2,x2+y2+z2=21,3x+2y+z=0u = (x-1)^{2}+(y-2)^{2}+(z-3)^{2}, x^{2}+y^{2}+z^{2} = 21,3 x+2 y + z = 0;

(6)

u=x2/4+y2+z2,x2+y2+z2=1,x+2y+3z=0u = x^{2} / 4+y^{2}+z^{2}, x^{2}+y^{2}+z^{2} = 1, x+2 y+3 z = 0.

Задача 3.5.27

Найти условные экстремумы функции u=f(x),x∈Rn,n>1u = f(x), x \in R^{n}, n > 1, при заданном уравнении связи:

?
(1)

u=∑i=1naixi2,∑i=1nxi=1,ai>0u = \sum_{i = 1}^{n} a_{i} x_{i}^{2}, \sum_{i = 1}^{n} x_{i} = 1, a_{i} > 0

(2)

u=∑i=1nxi2,∑i=1nxiai=1,ai>0u = \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{2}, \sum_{i = 1}^{n} \frac{x_{i}}{a_{i}} = 1, a_{i} > 0;

(3)

u=∑i=1nxiα,∑i=1nxi=a,α>0,a>0u = \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{\alpha }, \sum_{i = 1}^{n} x_{i} = a, \alpha > 0, a > 0;

(4)

u=∑i=1naixi,∑i=1nbixi=1,ai>0,bi>0,xi>0u = \sum_{i = 1}^{n} \frac{a_{i}}{x_{i}}, \sum_{i = 1}^{n} b_{i} x_{i} = 1, a_{i} > 0, b_{i} > 0, x_{i} > 0

(5)

u=∏i=1nxiαi,∑i=1nxi=a,αi>0,a>0u = \prod_{i = 1}^{n} x_{i}^{\alpha_{i}}, \sum_{i = 1}^{n} x_{i} = a, \alpha_{i} > 0, a > 0;

(6)

u=∑i=1naixi,∑i=1nxi2=1u = \sum_{i = 1}^{n} a_{i} x_{i}, \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{2} = 1.

Задача 3.5.28

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu на заданном множестве.

?
(1)

u=xy+x+y,−2⩽x⩽2,−2⩽y⩽4u = x y+x+y,-2 \leqslant x \leqslant 2,-2 \leqslant y \leqslant 4;

(2)

u=x2−xy+y,∣x∣⩽2,∣y∣⩽3u = x^{2}-x y+y,\left|x\right| \leqslant 2,\left|y\right| \leqslant 3;

(3)

u=x2+y2−4x,−2⩽x⩽1,−1⩽y⩽3u = x^{2}+y^{2}-4 x,-2 \leqslant x \leqslant 1,-1 \leqslant y \leqslant 3;

(4)

u=x3+y3−3xy,0⩽x⩽2,−1⩽y⩽2u = x^{3}+y^{3}-3 x y, 0 \leqslant x \leqslant 2,-1 \leqslant y \leqslant 2;

(5)

u=x3+8y3−6xy+1,0⩽x⩽2,∣y∣⩽1u = x^{3}+8 y^{3}-6 x y+1,0 \leqslant x \leqslant 2,\left|y\right| \leqslant 1

(6)

u=x+∣x−y∣,∣x∣⩽1,∣y∣⩽2u = x+\left|x-y\right|,\left|x\right| \leqslant 1,\left|y\right| \leqslant 2

(7)

u=x2−xy+y2,∣x∣+∣y∣⩽1u = x^{2}-x y+y^{2},\left|x\right|+\left|y\right| \leqslant 1

(8)

u=(x+y)exy,−2⩽x+y⩽1u = (x+y) e^{x y},-2 \leqslant x+y \leqslant 1.

Задача 3.5.29

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu на заданном множестве.

?
(1)

u=1+x+2y,x+y⩽1,x⩾0,y⩾0u = 1+x+2 y, x+y \leqslant 1, x \geqslant 0, y \geqslant 0;

(2)

u=x+3y,x+y⩽6,x+4y⩾4,y⩽2u = x+3 y, x+y \leqslant 6, x+4 y \geqslant 4, y \leqslant 2;

(3)

u=x2−2y+3,y−x⩽1,x⩽0,y⩾0u = x^{2}-2 y+3, y-x \leqslant 1, x \leqslant 0, y \geqslant 0

(4)

u=x2+y2−xy−x−y,x+y⩽3,x⩾0,y⩾0u = x^{2}+y^{2}-x y-x-y, x+y \leqslant 3, x \geqslant 0, y \geqslant 0;

(5)

u=xy(6−x−y),x+y⩽12,x⩾0,y⩾0u = x y(6-x-y), x+y \leqslant 12, x \geqslant 0, y \geqslant 0;

(6)

u=sin⁡x+sin⁡y−sin⁡(x+y),x+y⩽2π,x⩾0,y⩾0u = \sin x+\sin y-\sin (x+y), x+y \leqslant 2 \pi , x \geqslant 0, y \geqslant 0.

Задача 3.5.30

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu на заданном множестве.

?
(1)

u=3+2xyu = 3+2 x y, a) x2+y2⩽1x^{2}+y^{2} \leqslant 1, б) 4⩽x2+y2⩽94 \leqslant x^{2}+y^{2} \leqslant 9;

(2)

u=(x−6)2+(y+8)2,x2+y2⩽25u = (x-6)^{2}+(y+8)^{2}, x^{2}+y^{2} \leqslant 25;

(3)

u=x2−y2,x2+y2⩽2xu = x^{2}-y^{2}, x^{2}+y^{2} \leqslant 2 x

(4)

u=x2y,x2+y2⩽1u = x^{2} y, x^{2}+y^{2} \leqslant 1

(5)

u=y4−x4,x2+y2⩽9u = y^{4}-x^{4}, x^{2}+y^{2} \leqslant 9;

(6)

u=(y2−x2)e1−x2+y2,x2+y2⩽4u = \left(y^{2}-x^{2}\right) e^{1-x^{2}+y^{2}}, x^{2}+y^{2} \leqslant 4.

Задача 3.5.31

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu на заданном множестве.

?
(1)

u=x+2y+3z,x+y⩽3,x+y⩽z,3x+3y⩾z,x⩾0u = x+2 y+3 z, x+y \leqslant 3, x+y \leqslant z, 3 x+3 y \geqslant z, x \geqslant 0, y⩾0y \geqslant 0

(2)

u=3z−y−2x,x+y⩾2,3x+y⩽6,0⩽z⩽3,x⩾0u = 3 z-y-2 x, x+y \geqslant 2,3 x+y \leqslant 6,0 \leqslant z \leqslant 3, x \geqslant 0;

(3)

u=x+y+z,x2+y2⩽z⩽1u = x+y+z, x^{2}+y^{2} \leqslant z \leqslant 1

(4)

u=x2+2y2+3z2,x2+y2+z2⩽100u = x^{2}+2 y^{2}+3 z^{2}, x^{2}+y^{2}+z^{2} \leqslant 100.

Задача 3.5.32

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu на заданном множестве. u=∑i=1nxi2,∑i=1nxi4⩽1u = \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{2}, \sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{4} \leqslant 1.

?
Задача 3.5.33

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu на заданном множестве.

?
(1)

u=x+y−z,x2+y2=1,y+z=1u = x+y-z, x^{2}+y^{2} = 1, y+z = 1;

(2)

u=x2+2y2+3z2,x2+y2+z2=1,x+2y+3z=0u = x^{2}+2 y^{2}+3 z^{2}, x^{2}+y^{2}+z^{2} = 1, x+2 y+3 z = 0;

(3)

u=3x2+4y2+5z2+4xy−4yz,x2+y2+z2=1u = 3 x^{2}+4 y^{2}+5 z^{2}+4 x y-4 y z, x^{2}+y^{2}+z^{2} = 1;

(4)

u=y2+4z2−2xy−2xz−4yz,2x2+3y2+6z2=1u = y^{2}+4 z^{2}-2 x y-2 x z-4 y z, 2 x^{2}+3 y^{2}+6 z^{2} = 1.

Задача 3.5.34

Найти наибольшее MM и наименьшее mm значения функции uu :

?
(1)

u=(xy−1)2+y2u = (x y-1)^{2}+y^{2};

(2)

u=∣x+y∣−1−x2−y2u = \left|x+y\right|-\sqrt{1-x^{2}-y^{2}};

(3)

u=(2x2+y2)e1−x2−y2u = \left(2 x^{2}+y^{2}\right) e^{1-x^{2}-y^{2}};

(4)

u=(x2+y2+z2)e−(x2+2y2+3z2)u = \left(x^{2}+y^{2}+z^{2}\right) e^{-\left(x^{2}+2 y^{2}+3 z^{2}\right)}.

Задача 3.5.35

Верно ли утверждение: если P(x),x∈RnP(x), x \in R^{n}, — многочлен, то ∣P(x)∣\left|P(x)\right| достигает в RnR^{n} своего наименьшего значения?

?
Задача 3.5.36

Доказать, что наибольшее и наименьшее значения функции

u=∑i,k=1naikxixk,aik=aki u = \sum _{i, k = 1}^{n} a_{i k} x_{i} x_{k}, \quad a_{i k} = a_{k i}

на сфере ∑i=1nxi2=1\sum_{i = 1}^{n} x_{i}^{2} = 1 равны наибольшему и наименьшему корню характеристического уравнения матрицы (aik)(a_{i k}).

?
Задача 3.5.37

Найти расстояние между кривой и прямой:

?
(1)

y=x2,x−y−5=0y = x^{2}, x-y-5 = 0;

(2)

x2−y2=3,y−2x=0x^{2}-y^{2} = 3, y-2 x = 0;

(3)

9x2+4y2=36,3x+y−9=09 x^{2}+4 y^{2} = 36,3 x+y-9 = 0;

(4)

2x2−4xy+2y2−x−y=0,9x−7y+16=02 x^{2}-4 x y+2 y^{2}-x-y = 0,9 x-7 y+16 = 0.

Задача 3.5.38

Найти точку, для которой сумма квадратов расстояний от прямых x=0,y=0,x+2y−16=0x = 0, y = 0, x+2 y-16 = 0 наименьшая.

?
Задача 3.5.39

Найти наименьшую площадь треугольника, описанного около эллипса с полуосями aa и bb так, что одна из сторон треугольника параллельна большой оси эллипса.

?
Задача 3.5.40

Найти полуоси эллипса 7x2−6xy+7y2=87 x^{2}-6 x y+7 y^{2} = 8.

?
Задача 3.5.41

Найти наибольшее расстояние от центра эллипса с полуосями aa и bb до его нормалей.

?
Задача 3.5.42

На плоскости x+y−2z=0x+y-2 z = 0 найти точку, сумма квадратов расстояний которой от плоскостей x+3z−6=0x+3 z-6 = 0 и y+3z−2=0y+3 z-2 = 0 была бы наименьшей.

?
Задача 3.5.43

Найти расстояние от точки (0;3;3)(0 ; 3 ; 3) до кривой x2+y2+z2=1x^{2}+y^{2}+z^{2} = 1, x+y+z=1x+y+z = 1.

?
Задача 3.5.44

Найти расстояние между поверхностями

x2/96+y2+z2=1 и 3x+4y+12z=288. x^{2} / 96+y^{2}+z^{2} = 1 \quad \text{ и } \quad 3 x+4 y+12 z = 288.
?
Задача 3.5.45

Найти наибольший объем, который может иметь прямоугольный параллелепипед, если:

?
(1)

поверхность его равна SS;

(2)

сумма длин ребер равна aa.

Задача 3.5.46

Найти наибольший объем, который может иметь прямоугольный параллелепипед, вписанный:

?
(1)

в полусферу радиуса RR;

(2)

в прямой круговой конус, радиус основания которого равен rr, а высота HH;

(3)

в эллипсоид, полуоси которого равны a,b,ca, b, c;

(4)

в сегмент эллиптического параболоида

z/c=x2/a2+y2/b2,z=h,a>0,b>0,c>0,h>0z / c = x^{2} / a^{2}+y^{2} / b^{2}, \quad z = h, \quad a > 0, \quad b > 0, \quad c > 0, \quad h > 0.

Задача 3.5.47

Определить наибольшую вместимость цилиндрического ведра, поверхность которого (без крышки) равна SS.

?
Задача 3.5.48

Определить наибольшую вместимость конической воронки, поверхность которой равна SS.

?
Задача 3.5.49

Определить наибольшую вместимость цилиндрической ванны с полукруглым поперечным сечением, если поверхность ванны равна SS.

?
Задача 3.5.50

Найти наибольший объем тела, образованного вращением треугольника с периметром pp вокруг одной из его сторон.

?
Задача 3.5.51

Найти наименьшую поверхность, которую может иметь прямоугольный параллелепипед, если его объем равен VV.

?
Задача 3.5.52

Определить наименьшее количество материала, необходимого для изготовления шатра заданного объема VV, имеющего форму цилиндра с конической крышей.

?
Задача 3.5.53

Тело представляет собой две пирамиды и прямоугольный параллелепипед, основания которого совмещены с основаниями двух одинаковых правильных пирамид. При каком угле наклона боковых граней пирамид к их основаниям поверхность такого тела будет наименьшей, если его объем равен VV?

?
Задача 3.5.54

Определить размеры открытого прямоугольного аквариума с заданной толщиной стенок dd и емкостью VV, на изготовление которого потребуется наименьшее количество материала.

?
Задача 3.5.55

Найти площадь плоской фигуры, ограниченной эллипсом (a>0,b>0,c>0)(a > 0, \quad b > 0, c > 0) :

?
(1)

{Ax+By+Cz=0,x2/a2+y2/b2=1;}\left\{ \begin{aligned} A x+B y+C z & = 0, \\ x^{2} / a^{2}+y^{2} / b^{2} & = 1 ;\end{aligned}\right\}

(2)

{Ax+By+Cz=0,x2/a2+y2/b2+z2/c2=1.\begin{cases} A x+B y+C z = 0, \\ x^{2} / a^{2}+y^{2} / b^{2}+z^{2} / c^{2} = 1. \end{cases}

Задача 3.5.56

Число a>0a > 0 разложено на nn положительных множителей так, что:

?
(1)

сумма их кубов наименьшая;

(2)

сумма их обратных величин наименьшая.

Найти значения суммы.

Задача 3.5.57

Пусть физические величины xx и yy связаны неизвестной линейной зависимостью y=ax+by = a x+b. В результате nn измерений получены с некоторой погрешностью следующие пары значений: (x1;y1)\left(x_{1} ; y_{1}\right), (x2;y2),…,(xn;yn)\left(x_{2} ; y_{2}\right), \ldots ,\left(x_{n} ; y_{n}\right). Согласно принципу наименьших квадратов, наиболее вероятными значениями коэффициентов aa и bb считаются те, при которых

∑i=1n(yi−axi−b)2 \sum _{i = 1}^{n}\left(y_{i}-a x_{i}-b\right)^{2}

достигает наименьшего значения. Найти наиболее вероятные значения aˉ,bˉ\bar{a}, \bar{b} для коэффициентов aa и bb.

?
Задача 3.5.58

В результате последовательных центральных соударений абсолютно упругих шаров с массами M>mn>mn−1>…>m1>mM > m_{n} > m_{n-1} > \ldots > m_{1} > m тело с массой mm приобретает скорость

v=m1m2mnMm+m1m1+m2mn−1+mnmn+Mˉ2n+1V v = \begin{array}{cccc} m_{1} & m_{2} & m_{n} & M \\ m+m_{1} & m_{1}+m_{2} & m_{n-1}+m_{n} & m_{n}+\bar{M} \end{array} 2^{n+1} V

где VV — скорость тела с массой MM. Как следует выбрать массы m1m_{1}, m2,…,mnm_{2}, \ldots , m_{n}, чтобы тело массы mm приобрело наибольшую скорость? Найти значение наибольшей скорости.

?
Задача 3.5.59

Для системы материальных точек (x1;y1),…,(xn;yn)\left(x_{1} ; y_{1}\right), \ldots ,\left(x_{n} ; y_{n}\right) с массами, соответственно равными m1,…,mnm_{1}, \ldots , m_{n}, найти точку (x;y)(x ; y), относительно которой момент инерции системы будет наименьшим.

?
Задача 3.5.60

Решить задачу 59 при дополнительном условии: точка (x;y)(x ; y) должна лежать на окружности x2+y2=1x^{2}+y^{2} = 1.

?
Задача 3.5.61

Для системы материальных точек (x1;y1),…,(xn;yn)\left(x_{1} ; y_{1}\right), \ldots ,\left(x_{n} ; y_{n}\right) с массами, соответственно равными m1,…,mnm_{1}, \ldots , m_{n}, найти прямую

xcos⁡α+ysin⁡α−p=0 x \cos \alpha +y \sin \alpha -p = 0

относительно которой момент инерции системы будет наименьшим.

?
Задача 3.5.62

Если в электрической цепи, имеющей сопротивление RR, течет ток II, то количество тепла QQ, выделяющееся в единицу времени, определяется законом Джоуля-Ленца: Q=Q0I2R,Q0Q = Q_{0} I^{2} R, Q_{0} - const. Как следует разветвить ток II на токи I1,…,InI_{1}, \ldots , I_{n} при помощи nn проводов, сопротивления которых R1,…,RnR_{1}, \ldots , R_{n}, чтобы выделение тепла было наименьшим? Найти наименьшее значение QQ.

?