広島大学 先進理工系科学研究科 情報科学プログラム 2022年1月実施 専門科目I 問題2
Author
samparker, 祭音Myyura
Description
(1) 関数 z=z(u,v) は、実変数 (u,v)∈R2 に関して、C2 級であると仮定する。
また、(x,y)∈R2 に対して、写像 (u,v)=(x+y,x−y) を定義する。
zxx=∂x2∂2z,zxy=∂x∂y∂2z,zyy=∂y2∂2z
を
zuu=∂u2∂2z,zuv=∂u∂v∂2z,zvv=∂v2∂2z
を用いて表せ。
(2) 点 O(0,0) 以外で定義された関数
z=(x+y)ln{2(x2+y2)}
の全ての極値およびそのときの (x,y) を求めよ。
(1) Suppose that the function z=z(u,v) is of class C2 in real variables (u,v)∈R2.
Define the mapping by (u,v)=(x+y,x−y) for (x,y)∈R2.
Express
zxx=∂x2∂2z,zxy=∂x∂y∂2z,zyy=∂y2∂2z
in terms of
zuu=∂u2∂2z,zuv=∂u∂v∂2z,zvv=∂v2∂2z.
(2) Find all local extrema and their extremum points of the function
z=(x+y)ln{2(x2+y2)}
defined for (x,y)=(0,0).
Kai
(1)
∂x∂z=∂u∂z∂x∂u+∂v∂z∂x∂v=∂u∂z+∂v∂z
∂y∂z=∂u∂z∂y∂u+∂v∂z∂y∂v=∂u∂z−∂v∂z
zxx=∂x2∂2z=∂u2∂2z+∂u∂v∂2z+∂v∂u∂2z+∂v2∂2z=∂u2∂2z+2∂u∂v∂2z+∂v2∂2z
Similarly,
zyy=∂u2∂2z−2∂u∂v∂2z+∂v2∂2z
zxy=∂u2∂2z−∂v2∂2z
(2)
Let
x=rcosθ,y=rsinθ
Then we have
z=r(cosθ+sinθ)ln(2r2)
∂r∂z=(sinθ+cosθ)(ln(2r2)+2)
∂θ∂z=r(cosθ−sinθ)ln(2r2)
Solve the following equations
{∂r∂z=(sinθ+cosθ)(ln(2r2)+2)=0∂θ∂z=r(cosθ−sinθ)ln(2r2)=0
we get extremum points
(−2e1,4π+2kπ),(2e1,4π+2kπ),(2e1,43π+2kπ),(−2e1,43π+2kπ)
where k is an integer, and extrema are
e2,−e2.