kaoyan3basic 高等数学 第252题

教材习题

📝 题目

### 第252题 252 函数 $f(x, y)=\mathrm{e}^{-x y}$ 在区域 $D=\left\{(x, y) \mid 4 x^{2}+y^{2} \leqslant 1\right\}$ 上的最大值是 (A) $\mathrm{e}^{2}$ . (B)$e$ . (C) $\displaystyle \mathrm{e}^{\frac{1}{4}}$ . (D) $\displaystyle \mathrm{e}^{\frac{1}{2}}$ . 253设 $f(x, y)=x^{3}-4 x^{2}+2 x y-y^{2}$ ,区域 $D=\{(x, y) \mid-1 \leqslant x \leqslant 4,-1 \leqslant y \leqslant 1\}$ ,则下面结论正确的是

💡 答案解析

**答案**:C **解析**:步骤1:$f(x,y)=e^{-xy}$,在闭区域$4x^2+y^2\leq1$上连续,最值在边界或内部驻点取得。步骤2:内部驻点:$f_x=-ye^{-xy}=0$,$f_y=-xe^{-xy}=0$,得$x=0,y=0$,$f(0,0)=1$。步骤3:边界$4x^2+y^2=1$上,令$\displaystyle x=\frac{1}{2}\cos\theta,y=\sin\theta$,则$\displaystyle xy=\frac{1}{2}\cos\theta\sin\theta=\frac{1}{4}\sin2\theta$,$\displaystyle f=e^{-\frac{1}{4}\sin2\theta}$。步骤4:当$\sin2\theta=-1$时$xy$最小为$\displaystyle -\frac{1}{4}$,$f$最大为$\displaystyle e^{\frac{1}{4}}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:确定函数在闭区域上连续,最值可能在内部驻点或边界上取得。
函数 f(x,y)=e^{-xy} 在闭区域 4x^2+y^2≤1 上连续,因此最值存在,可能出现在内部驻点或边界上。
提示:闭区域上连续函数必有最值,考虑内部和边界。
步骤 2/4
目标:求内部驻点。
求偏导数:f_x = -y e^{-xy} = 0, f_y = -x e^{-xy} = 0,解得 x=0, y=0。计算 f(0,0)=1。
公式:f_x = -y e^{-xy}, f_y = -x e^{-xy}
提示:驻点处偏导数为0。
步骤 3/4
目标:将边界参数化,并代入函数。
边界为 4x^2+y^2=1,令 x = (1/2)cosθ, y = sinθ,则 xy = (1/2)cosθ sinθ = (1/4)sin2θ,f = e^{-(1/4)sin2θ}。
公式:x = (1/2)cosθ, y = sinθ
提示:参数化时注意椭圆方程。
步骤 4/4
目标:求边界上的最大值。
f = e^{-(1/4)sin2θ},由于指数函数单调,最大值在 sin2θ 最小时取得。sin2θ 最小值为 -1,此时 f = e^{1/4}。比较 f(0,0)=1 和 e^{1/4},得最大值为 e^{1/4}。
公式:f = e^{-(1/4)sin2θ}
提示:sin2θ ∈ [-1,1],最小值-1对应最大值。

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