Как выполнить экзаменационное задание
Экзаменационное задание предполагает использование большинства разделов, изложенных в темах 1 - 7 учебно-методических материалов, а именно:
решение систем уравнений;
вектор, направляющие косинусы, длина вектора, угол между векторами, операции над векторами;
уравнение прямой на плоскости;
построение графика функции;
кривые второго порядка и их уравнения;
уравнение плоскости в пространстве;
формулы и правила дифференцирования функции одной переменной;
исследование на экстремум;
дифференциальное исчисление функции двух переменных, приложения.
Все эти вопросы можно найти в любом стандартном учебнике по математическому анализу и линейной алгебре для студентов вузов. Список нужной литературы прилагается в темах 1 - 7 учебно-методических материалов.
В экзаменационном задании предлагается функция двух переменных для которой нужно провести исследование на экстремум, найти наибольшее и наименьшее её значения в замкнутой области, решить несколько прикладных геометрических и физических задач. Каждая конкретная задача проанализирована и подробно решена в тексте (номер примера и номер параграфа указан). Тем не менее, ниже приведён пример выполнения одного экзаменационного задания.
1. Исследовать на экстремум функцию
Данная функция определена при всех и
Найдём критические точки функции, для чего используем необходимые условия существования экстремума:
Решим систему: или
Из первого уравнения: или и имеем четыре корня и Принимая во внимание второе уравнение системы получим Р1(2,1), Р2(-2,-1), Р3(1,2), Р4(-1,-2) — четыре критические точки.
Чтобы установить, в какой из них существует экстремум, используем достаточные условия. Составим выражение и вычислим его в каждой критической точке.
Вычислим значение в каждой точке. т.е. в точке Р1(2,1) есть экстремум, а т.к. то точка Р1(2,1) – точка минимума.
и точка Р2(-2,-1) – точка максимума.
т.е. в точке Р3(1,2) – нет экстремума.
т.е. в точке Р4(-1,-2) нет экстремума.
Остаётся вычислить минимальное и максимальное значения функции:
2. Найти наибольшее и наименьшее значения функции в области, которая представляет собой четырёхугольник с вершинами О(0,0), А(3,1), С(3,3), В (0,-2).
Построим данные точки и составим уравнения сторон четырёхугольника.
Прямая АС имеет уравнение: х=3.
Прямая ОС имеет уравнение: у=х.
Уравнение прямой АВ получим как уравнение прямой, проходящей через две точки (х1,у1) и (х2,у2).
Пусть
Отсюда или
Ранее были получены четыре критических точки этой функции: Р1(2,1), Р2(-2,-1), Р3(1,2), Р4(-1,-2), из которых только одна точка Р1(2,1) принадлежит данной области. (Кстати, ОВАС - параллелограмм). Значение функции в точке Р1 Остальные не интересуют.
Найдём наибольшее и наименьшее значения функции на границе данной области, которая состоит из четырёх отрезков разных прямых.
На ОС: у=х. Подставим в данную функцию выражение для у (у=х) и получим функцию только одной переменной х. Обозначим её или где
Найдём её производную и приравняем её к нулю: Получим две критические точки и из которых только принадлежит отрезку [0,3]. Так как у=х, то и мы получим точку значение в которой Значения функции на концах отрезка [0,3] и значения данной функции в точках (0,0) и (3,3) попарно совпадают, т.е.
На АС: х=3. Подставим в функцию х=3, получим функцию одной переменной у.
или
где
не принадлежит поэтому рассмотрим значения в точках и А так как то для данной функции получим значения в точках и
(это значение уже было вычислено).
На АВ: Подставив в функцию получим или
где
или Решим квадратное уравнение: и
Вычислим значение функции в точке Так как то
Значения на концах отрезка и совпадают со значениями функции в точках (0,-2) и (3,1).
(уже были получены).
На ОВ: получили функцию
где
Не может быть т.е. критических точек нет. Значения на концах отрезка уже получены.
Среди значений функции получены: -28; -27; 0; 27; -21; -26; 24.
Наименьшее значение функция в параллелограмме ОСАВ имеет в точке Р1(2,1):
Наибольшее значение эта функция имеет в точке С(3,3):
3. Составить уравнение касательной плоскости к поверхности в точке, где
Вычислим
Частные производные функции и
Их значения в точке (-2,-2):
Уравнение касательной плоскости:
или
4. Найти наибольшую скорость возрастания функции в точке М1(0,2).
Наибольшая скорость возрастания функции в точке равна модулю градиента её.
Найдём
Модуль этого вектора равен
Таким образом, наибольшая скорость возрастания функции в точке М1(0,2) равна
5. Вычислить производную функции в точке М1(0,2) в направлении вектора где точка М2(1,1). Каков характер изменения функции в точке М1?
Формула производной по направлению
Направление По координатам точек М1(0,2) и М2(1,1) найдём координаты вектора т.е. Длина этого вектора равна Разделив вектор на его длину получим и Вычислим значения Подставим в формулу производной по направлению:
Так как то скорость функции положительна, т.е. функция в точке М1(0,2) по направлению вектора возрастает. Ранее была найдена наибольшая скорость функции, равная
Действительно,
6. Найти угол между градиентами функции в точках М1(0,2) и М2(1,1).
Найдём градиент в точке М2(1,1).
Угол между векторами и найдём по формуле
В нашем случае
Искомый угол
Дата добавления: 2014-12-30; просмотров: 1113;