東京大学 新領域創成科学研究科 複雑理工学専攻 2017年8月実施 専門基礎科目 第1問
Author
之遥, 祭音Myyura
Description
関数 f(x,y)=(x+y)e−(x2+y2) について、以下の問に答えよ。ただし、x,y は実数であり、e は自然対数の底とする。
(問1) ∂f/∂x を求めよ。
(問2) ∂2f/∂x2 および ∂2f/(∂x∂y) を求めよ。
(問3) 関数 f を (x,y)=(1,−1) のまわりで二次の項までテイラー展開せよ。
(問4) 関数 f が (x,y)=(0.5,0.5) において極大値をとることを示せ。
(問5) x2+y2=1, x,y≥0 の条件下で、関数 f の極値を求めよ。
题目描述
设 f(x,y)=(x+y)e−(x2+y2),其中 x,y∈R,e 为自然对数的底。
- 求 ∂f/∂x。
- 求 ∂2f/∂x2 和 ∂2f/(∂x∂y)。
- 在 (1,−1) 附近将 f 展开至二次项。
- 证明 f 在 (0.5,0.5) 处取得局部极大值。
- 在 x2+y2=1, x,y≥0 的约束下,求 f 的极值。
Kai
問1・問2
fxfxxfxy=(1−2x2−2xy)e−(x2+y2),=(4x3+4x2y−6x−2y)e−(x2+y2),=(4x2y+4xy2−2x−2y)e−(x2+y2).
h=x−1, k=y+1 とおく。(1,−1) では f=0、fx=fy=e−2、fxx=−4e−2、fxy=0、fyy=4e−2 である。よって、
f(1+h,−1+k)=e−2(h+k−2h2+2k2)+O((∣h∣+∣k∣)3).
(1/2,1/2) では fx=fy=0 であり、Hessian は
H=e−1/2(−3−1−1−3).
固有値は −4e−1/2,−2e−1/2 で、ともに負である。したがって、この点で極大値 f(1/2,1/2)=e−1/2 をとる。
制約上では f=e−1(x+y)。x,y≥0 と x2+y2=1 から、
1≤x+y≤2.
下側の等号は (1,0),(0,1)、上側は (1/2,1/2) で成り立つ。よって、
最大値 e2(x=y=21),最小値 e1((x,y)=(1,0),(0,1)).