Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học

Trong sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật thế kỷ XVII, một trong những

điều quan tâm của các nhà Toán học thời đó là giải quyết những vấn đề tối ưu hóa trên

nhiều lĩnh vực khác nhau. Để giải quyết rất nhiều vấn đề đó, yêu cầu đặt ra cho các nhà

Toán học là phải nghĩ đến bài toán cực trị. Đối với hàm một biến, về cơ bản, đã được giải

quyết gần như toàn vẹn vào thời đó. Trong bài báo này, chúng tôi mở rộng phương pháp

nhân tử Lagrange trên không gian hai chiều.

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 1

Trang 1

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 2

Trang 2

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 3

Trang 3

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 4

Trang 4

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 5

Trang 5

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 6

Trang 6

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 7

Trang 7

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 8

Trang 8

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 9

Trang 9

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 13 trang xuanhieu 1880
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học

Bài toán cực trị trong không gian hai chiều từ khía cạnh hình học


   »n  »  
 U f: U → . x0 ∈ U
aơa   
 f B( x0 , r ) x0
    a   ơ    
 r U fx()≤ fx ()0 fx()≥ fx ()0
 a aơa 
x∈ Bx(0 , r ). f( x 0 ) f.

  a  f U ⊂ »n 
  ơ  
x0 ∈ U . f x0 gradf ( x 0 )= 0
 ∂f
 (x )= 0;  i= 1, n 
 ∂x 0
  i
 
18  ƯỜĐẠỌỦĐÔỘ


 aa f 
aay
ya
a f a
y
 a
a  aơ
 f x= ( xx1 , 2 ,..., x n )
 (P ) a f ơ
 a
 gxx(1 , 2 ,..., x n )= 0
  f xx x
 min= (1 , 2 ,...,n )
  (P ) 
 gxx( , ,..., x )= 0
   1 2 n
    a         
 fxx(1 , 2 ,..., x n )
 a 
gxx(1 , 2 ,..., x n )= 0 (P )
  a
 x= ( xx1 , 2 ,..., x n )
 gradg ( x )≠ 0 (CQ ) 
  
  p( t )  g aa
  a  a 
 g( p ()) t = 0 t) x t0 p( t0 )= x ),
  ya 
 f( p ( t )) t= t 0. 0
 yya
 t= t 0,
 gradfpt (( )). pt′ ( )= grad fxpt (). ′ ( ) = 0 
  0 0 0
 y gradf ( x ) ya p( t ) 
x .yaa x 
gradf ( x ) a   x .ay
gradf ( x )  gradf ( x ). a λ 
a
 
 
ẠÍỌ −−−Ố   19 
 gradfx ( )= λ .grad gx ( )  (1) 
 
   Lx(,)λ= fx () − λ .() gx aaa (P ).  
 (1) ayaa
ư
  yaa  x  (P ) 
 (CQ )  λ 
  
 ∂L ∂ L ∂ L 
 grad(,)Lxλ= (,), x λλ (,),..., x (,) x λ  = 0 (2) 
  x x x 
  1 2 n  
 λ aax .
  yaaa
a x ya (P ) a
a g a(2) λ 
 yaaaơ
    a         
 z= fxx(1 , 2 ,..., x n )
 a
gxx(1 , 2 ,..., x n )= 0
 ư aa
 Lxx( , ,..., x ,)λ= fxx ( , ,..., x ) − λ gxx ( , ,..., x ) 
  12n 12 n 12 n
a (n + 1) 
 ư ơ
  ∂L
  (x , x ,..., x ,λ )= 0
 ∂x 1 2 n
  1
 ....................................
 
  ∂L 
  (x , x ,..., x ,λ )= 0
 ∂x 1 2 n
  n
 ∂L
  (x , x ,..., x ,λ )= 0
  1 2 n
  ∂λ
 
20  ƯỜĐẠỌỦĐÔỘ
  λ  a  ơ         
 (x1 , x 2 ,..., x n , )
 λ λ 
(x1 , x 2 ,..., x n , )
 ư  y    a   a  a  
 fxx(1 , 2 ,..., x n )
 aay
(x1 , x 2 ,..., x n )
 yaaơaaa
ay
   aơa fxyz(, , ) = x2 + y 2 + z 2   
ơ x2+2 y 2 − z 2 −= 10. 
 yaaa
 λ222 λ 2 22 
  Lxyz(,,,)(= xyz ++− )( x + 2 yz −− 1).
 a f aa
 Lxyz′(,,,)λ= 2 x − λ .2 x = 0 (1)
  x
 Lxyz′(,,,)λ= 2 y − λ .4 y = 0 (2)
  y
  λ λ 
 Lxyzz′(,,,)= 2 z −− (2) z = 0 (3)
 
  λ 2 2 2
 Lxyzλ′(,,,)= x + 2 y − z −= 1 0 (4)
  
   ơ aya
 (x0 , y 0 , z 0 ) z0 ≠ 0 (3)
λ = − 1.  ay    a λ    ơ  (1)   (2)  a  
 ơ  a
x= y = 0. (4). z0 = 0

   λ 
  (1;0;0) (− 1;0;0) = 1;
 1  1  1
 0; ;0  0;− ;0   λ = .
     2
  2  2 
 a fxyz(,,)= x2 + y 2 + z 2 . aaa
 1 
aaơ   aaa
 0, ,0 ,
  2  
 
 
ẠÍỌ −−−Ố   21 
 1  1
 ∆=ff0 + h , + klf ,0 +−  0, ,0  
   
  2  2
 2 2
 1   1
 =h2 ++ k +− l 2   
   
   2   2
 2 2 2
   =h + k + l + k 2. 
 1 
 ah k l aa
  ,+ , 
  2 
x2+2 y 2 − z 2 −= 10. a
 2
 1 
 h2+2 k + −−= l 2 1 0 ay h2+2 k 2 + 22 k −= l 2 0. 
  
  2 
 1 2
 aya k2= ( lhk −2 − 2 2 ). aya ∆f a
 2
 1
 ∆=+++fhklk2222 =+++ hkl 222 ( lh 222 −− 2) k 
  2
 3 1
 =l2 + h 2 ≥ 0. 
   2 2
 1 
        a
 0; ;0 
  2  
 1
min(,,)f x y z = . 
 2
 

 a
 2 2 
  uxy(,)= x + y ; (P )
 (x , y )  (∆ ) ơ
 
22  ƯỜĐẠỌỦĐÔỘ
  x+ y = 1. (CQ ) 
    aa Lxy( , ,λ )= x2 + y 2 + λ ( xy +− 1). 
aơ
 Lxy′(,,)λ= 2 x + λ = 0
  x
 Lxy′(,,)λ= 2 y + λ = 0 
  y
  λ
 Lxyλ′(,,)= x + y − 10 =
  
  
 1 1 
 a (,)x y =  ; . 
 2 2 
aaa
 2 2
 11  111  1 1
 ∆=uuhku +, +−  ,  =+++− h   k  
 22  222    2  2
    
 2 2
   =h + k + h + k 
  
 1 1 
   +h, + k a x+ y −1 = 0 
 2 2 
a
 1 1
 ++h +−= k1 0 ⇔ hk += 0. 
  2 2
  ∆=u h2 + k 2 ≥ 0. ya
a
 2 2
 1  1 1
 u(,) x y = +   = . 
 CT 2  2  2
   
          uxy( , ) = x2 + y 2    ơ
 M( x , y ) a »2 aO(0;0) 
y M( x , y )  x+ y = 1. 
y O(0;0) 
 
 
ẠÍỌ −−−Ố   23 
   x+ y = 1. ay 
a
 ax++ by c 1.01.01 +− 1
 d(,) O ∆=0 0 = = , 
 22 22 2
  a+ b 1 + 1
 
 2 1
 uCT (,) xy= dO (,) ∆ = 
  2
 ya (P ) ay (CQ ) a
a
  a
 2 2 
  uxy(,)= x + y ; (P )
 (x , y )  (∆ ) ơ
 2 2
  ax+ by = ca; + b ≠ 0. (CQ ) 
 aa
 λ2 2 λ
  Lxy(,,)= x ++ y ( axbyc +− ). 
 a
 Lxy′(,,)λ= 2 x + λ a = 0
  x
 Lxy′(,,)λ= 2 y + λ b = 0 
  y
  λ
 Lλ′(,,) x y= ax + by −= c 0
  
  
  ca cb 
 a (,)x y =  , . 
 a2+ ba 22 + b 2 
aaa
 ca cb  ca cb 
 ∆=uu + h, +− ku  ,  
 22 22  2222 
  ab+ ab +  abab ++ 
 2hca 2 kcb 2 c
 =++hk22 + =++ hk 22 ( hakb + ). 
 abab2222+ + ab 22 +
 
24  ƯỜĐẠỌỦĐÔỘ
  
  ca cb 
     +h, + k   a     
 ab22+ ab 22 + 
ax+ by − c = 0a
 ca  cb 
 a++ hb  +−= kc  0 
 22  22 
  ab+  ab + 
 ca2 cb 2
  ⇔ ++ah +−= bk c 0 
 ab22+ ab 22 +
  ⇔ah + bk = 0. 
  ∆=u h2 + k 2 ≥ 0 ya
a
 2 2
 ca  cb  c 2
 u(,) x y = +   = . 
 CT 22  22  22
  ab+  ab +  ab +
 ay (P )  O(0,0)  x+ y = 1
 H( m , n ) a
  a
 2 
  uxy(,)(= x − m )( + yn − ); (P )
 (x , y )  (∆ ) ơ
  x+ y = 1. (CQ ) 
 aa
 λ2 2 λ 
  Lxy(,,)(=− xm ) +− ( yn ) + ( xy +− 1).
 aơ
 Lxy′(,,)2(λ= xm − ) += λ 0
  x
 Lxy′(,,)2(λ= yn − ) + λ = 0 
  y
  λ
 Lxyλ′(,,)= xy +− 1 = 0
  
 
 
ẠÍỌ −−−Ố   25 
  
 mn−+1 nm − + 1 
 a(,)x y =  , . 
  2 2 
aaa
   
 mn−+1 nm −+ 1  mnnm −+−+ 11 
 ∆=uu + h, +− ku  ,  
 2 2   22 
 m+ n − 1
 =++hk2 2 2. ( hk + ) 
  2
  
 mn−+1 nm −+ 1 
   +h, + k a
  2 2 
x+ y = 1a
 mn−+1 nm −+ 1
 +h, + k = 1 
  2 2
 ⇔h + k = 0 
 
  ∆=u h2 + k 2 ≥ 0. ya
a
 2 2
 mn−+1  nm −+ 1  ( mn +− 1) 2
 uxy m  n  
 CT (,) = −+  −=  .
 2   2  2
 aaaa
  a
 2 2 
  uxy(,)(= xm − ) + ( yn − ) (P )
 (x , y )  (∆ ) ơ
 2 2
  ax+ by = ca; + b ≠ 0. (CQ ) 
 aa
 λ2 2 λ
  Lxy(,,)(=− xm )( +− yn ) + ( axbyc +− ) 
 aơ
 
26  ƯỜĐẠỌỦĐÔỘ
 Lxy′(,,)2(λ= xm − ) + λ a = 0
  x
 Lxy′(,,)λ= 2( yn − ) + λ b = 0 
  y
  λ
 Lxyλ′(,,)= ax +− by c = 0
  
 ơa
 2 2 
 mb−+ nab ca na − mab + cb 
 (,)x y =  , . 
 ab22 ab 22  
  + + 
  aaa

  2 2 
 mb−+ nab ca na −+ mab cb 
 ∆=uu + h, + k 
  ab22+ ab 22 + 
 
 2 2 
 mb−+ nab ca na − mab + cb 
 − u  , 
 ab22+ ab 22 + 
   
 2 2 2
   =++h k( c −− nb ma )( ha + kb ). 
 a2+ b 2
  2 2 
 mb−+ nab ca na −+ mab cb 
     +h, + k  a  
  ab22+ ab 22 + 
 ax+ by − c = 0a
 2  2 
 mb−+ nab ca  na −+ mab cb 
 a++ hb  +−= kc  0 
 ab22+  ab 22 + 
  2 
 222 2 2 
 mab−+ nab ca nab −+ mab cb 
 ⇔ ++ah +−= bk c 0
  22 22 
  ab+ ab + 
 c( a2+ b 2 )
 ⇔ ++−=ah bk c 0 
 a2+ b 2
 ⇔ah + bk = 0. 
 
 
ẠÍỌ −−−Ố   27 
 
 2 2
  ∆=u h + k ≥ 0. 
 yaa
 2 2
 mb2−+ nab ca  na 2 −+ mab cb 
 uxy m  n  
 CT ( , ) = −+  − 
 ab22  ab 22 
  +  + 
 ma22+ nb 22 ++ c 2 2 mnab − 2 mac − 2 nbc
 = 
 2 2
  a+ b
 2
 (ma+ nb − c )
 = .
 2 2
  a+ b
  y      uxy(,)(= xm − )2 + ( yn − ) 2    ơ
 M( x , y ) a »2  H( m , n ). 
y M( x , y )  ax+ by = c .
   y             
H( m , n )  ax+ by = c .ay
a
 ax++ by c am . +− bn . c
 d( H ,∆ ) =0 0 = 
 22 22
  ab+ ab +
 
 2
 (ma+ nb − c )
 u(,) xy= dH2 (,) ∆ = . 
 CT 2 2
  a+ b

 a  a  
aaơaa
 
28  ƯỜĐẠỌỦĐÔỘ
 

 ya  
 a
 yy  
 a

   a a        
  A
        a    ay
  
 
 
 
 
        
 
 
 
 

File đính kèm:

  • pdfbai_toan_cuc_tri_trong_khong_gian_hai_chieu_tu_khia_canh_hin.pdf