函数f(x,y)=x2+y2在区域D=(x,y)|x2+y2+8x-6y≤200上的最小值与最大值分别是______与______.
参考答案:0;400
解析: 首先求f(x,y)在区域D内的驻点或至少有一个偏导数不存在的点处的函数值.由于f在D内可导,因而不存在偏导数不存在的点.令
=2x=0与
=2y=0,可得f在D内有且仅有一个驻点(0,0),且f(0,0)=0.
其次求f(x,y)在区域D的边界x2+y2+8x-6y=200上的最大值与最小值,这是求函数f(x,y)=x2+y2在条件x2+y2+8x-6y-200=0之下的最值问题,用拉格朗日乘数法,引入拉格朗日函数F(x,y,λ)=x2+y2+λ2+y2+8x-6y-200),求
F(x,y,λ)的驻点,令
由于当λ=0时由①,②分别得到x=0,y=0不可能满足条件③,因而λ≠0.由①,②消去λ即得
把
代入方程③可得
进而可解出y1=12,y2=-6.对应的x1=-16,x2=8,即共有两个驻点(-16,12)与(8,-6).
比较f(0,0)=0,f(-16,12)=400,f(8,-6)=100,可见函数f(x,y)在D上的最小值为f(0,0)=0,最大值为f(-16,12)=400.
本题的几何意义是在区域D上求与原点距离最近与距离最远的点.由于D的边界是圆C:(x+4)2+(y-3)2=152,可见坐标原点(0,0)在D内,显然它就是D上与原点距离最近的点.而点(-16,12)与(8,-6)努别是圆C过原点(0,0)的直径与圆C的交点.由几何意义知它们分别是圆C上(即D的边界上)与原点(0,0)距离最远与距离最近的点.从而(-16,12)是D上与原点(0,0)距离最远的点.