2020年 · 五-2
2.求二元函数 $f(x, y)=x^{3}+y^{3}-3 x y$ 的极值.
计算题 ★★★
求二元函数极值
对 f(x,y)=x³+y³-3xy 求偏导数:f_x=3x²-3y,f_y=3y²-3x。令偏导数为0,得方程组 3x²-3y=0 和 3y²-3x=0,解得驻点 (0,0) 和 (1,1)。
判断极值类型
计算二阶偏导数:f_xx=6x,f_yy=6y,f_xy=-3。在 (0,0) 处,AC-B²=(0)(0)-(-3)²=-9<0,不是极值点。在 (1,1) 处,AC-B²=(6)(6)-(-3)²=36-9=27>0,且 A=6>0,所以 (1,1) 是极小值点,极小值为 f(1,1)=1+1-3=-1。
求解微分方程特解
已知 y=x² 是方程 x²y'+P(x)y=3x³ 的一个解,代入得 x²·2x + P(x)·x² = 3x³,即 2x³ + P(x)x² = 3x³,解得 P(x)=x。原方程为 x²y' + x y = 3x³,即 y' + (1/x)y = 3x。
解一阶线性微分方程
这是一阶线性微分方程,通解公式:y = e^{-∫(1/x)dx} [ ∫ 3x·e^{∫(1/x)dx} dx + C ] = e^{-ln|x|} [ ∫ 3x·e^{ln|x|} dx + C ] = (1/x)[ ∫ 3x·x dx + C ] = (1/x)[ ∫ 3x² dx + C ] = (1/x)[ x³ + C ] = x² + C/x。
确定常数C
代入初始条件 y|_{x=1}=2,得 2 = 1² + C/1,即 2=1+C,解得 C=1。所以特解为 y = x² + 1/x。