跳到主要内容

電気通信大学 情報理工学研究科 情報学専攻 2022年8月実施 必須問題 微分積分

Author

祭音Myyura (co-authored with GPT 5.6 SOL)

Description

  1. f(x,y)=e2ysin(x2+3y)f(x,y)=e^{2y}\sin(x^2+3y) の二次までの Maclaurin 展開
    f(x,y)=c0+c1x+c2y+c3x2+c4xy+c5y2+f(x,y)=c_0+c_1x+c_2y+c_3x^2+c_4xy+c_5y^2+\cdots
    の係数を求めよ。
  2. g(x,y)=(x2+xy)eyg(x,y)=(x^2+xy)e^y の極値を求めよ。
  3. 円板 D={(x,y)x2+y2π2}D=\{(x,y)\mid x^2+y^2\le\pi^2\} 上の
    I=Dsinx2+y2dxdyI=\iint_D\sin\sqrt{x^2+y^2}\,dx\,dy
    を求めよ。

题目描述

求二元函数的二阶 Maclaurin 展开系数、另一二元函数的极值,以及圆域上的二重积分。

Kai

(1)

二次まで取ると、

e2y=1+2y+2y2+,sin(x2+3y)=x2+3y+.e^{2y}=1+2y+2y^2+\cdots,\qquad \sin(x^2+3y)=x^2+3y+\cdots.

したがって、

f(x,y)=x2+3y+6y2+(三次以上).f(x,y)=x^2+3y+6y^2+\text{(三次以上)}.

よって、

(c0,c1,c2,c3,c4,c5)=(0,0,3,1,0,6).\boxed{(c_0,c_1,c_2,c_3,c_4,c_5)=(0,0,3,1,0,6)}.

(2)

gx=(2x+y)ey,gy=x(x+y+1)ey.g_x=(2x+y)e^y,\qquad g_y=x(x+y+1)e^y.

したがって停留点は

(x,y)=(0,0), (1,2)(x,y)=\boxed{(0,0),\ (1,-2)}

である。Hesse 行列は

Hg=ey(21+2x+y1+2x+yx(x+y+2)).H_g=e^y \begin{pmatrix} 2&1+2x+y\\ 1+2x+y&x(x+y+2) \end{pmatrix}.

(0,0)(0,0) では行列式が 1-1 なので鞍点である。(1,2)(1,-2) では

Hg(1,2)=e2(2111)H_g(1,-2)=e^{-2}\begin{pmatrix}2&1\\1&1\end{pmatrix}

が正定値である。ゆえに、

(1,2) で極小値 e2,極大値なし.\boxed{(1,-2)\text{ で極小値 }-e^{-2}},\qquad \boxed{\text{極大値なし}}.

(3)

極座標を用いると、

I=02π0πrsinrdrdθ=2π[rcosr+sinr]0π=2π2.\begin{aligned} I &=\int_0^{2\pi}\int_0^\pi r\sin r\,dr\,d\theta\\ &=2\pi[-r\cos r+\sin r]_0^\pi\\ &=\boxed{2\pi^2}. \end{aligned}