Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

5_УМК

.PDF
Скачиваний:
43
Добавлен:
17.03.2015
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

7)

lim

ln(x + y)

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→1

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y→0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.4. Вычислить повторные пределы lim lim f (x, y) и

lim lim f (x, y),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x→x0 y→y0

y→y0 x→x0

если:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) f (x, y) =

x 2 + xy + y2

, x 0 = 0, y0 = 0 ;

 

x 2 − xy + y2

 

 

 

 

 

 

2)

f (x, y) =

sin(x + y)

,

x

0 = 0, y0 = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x + 3y

 

 

 

 

3) f (x, y) =

x 2 + y2

, x

0 = ∞ , y0 = ∞ ;

 

 

 

 

 

 

 

x 2 + y4

 

 

 

 

4)

f (x, y) =

cos x − cos y

 

, x 0 = 0, y0 = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 + y2

 

 

 

 

5) f (x, y) =

 

x y

, x 0 = +∞ , y0 = +0 ;

 

 

+ x y

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

6)

f (x, y) = sin π(x + y) ,

x 0 = ∞ , y0 = ∞ .

 

 

 

 

 

 

 

2x + 3y

 

 

 

 

3.2.5. Найти точки разрыва следующих функций:

 

1

 

 

 

 

 

x + y +1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1) u =

 

 

 

 

; 2) u =

 

 

 

 

; 3) u =

 

 

 

;

 

 

 

x 2 + y2

x 2 + y2

(x − y)2

 

 

4) u =

3y

 

=

 

 

x 2

 

; 6) u =

 

 

 

10x

 

 

 

 

 

; 5) u

 

 

 

 

 

 

 

;

2x − y

x 2 − 2y2 − 4

 

(x −1)2 + (y −1)2

7) u =

5 − x − y

 

при

x ≠ 0,

y ≠ 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

при

x = y = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

x ≠ 0,

 

y ≠ 0

 

 

 

 

 

 

8) u =

sin

 

 

 

при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ y2

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при x = y = 0

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

9) u =

1

 

 

; 10) u =

 

 

1

 

 

 

; 11) u = ln(4

− x 2

− y2 );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 + y2

− z 2

 

z 2 − x 2 − y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x sin y

 

 

 

12) u = e−

 

; 13) u = sin

x

; 14) u =

;

 

 

x 2 +y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

xy

 

 

81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1 − x

2

− y

2

 

 

при

x

2

+ y

2

≤ 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15) u =

 

 

 

 

; 16)

u =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

cos2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− cos2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

x

2

+ y

2

> 0

17) u = tg(x 2 + y2 + z 2 ).

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.6. Найдите частные производные функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) u = x 2 + y3 + 3x 2 y3 ; 2) u = xy2 z3 +

x

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y2 z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) u = cos(xy); 4) u = sin(x + yz); 5) u = arctg

 

y

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6) u = tg(x + y)e x y ; 7) u =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

e x y ; 8) u = xy ln(xy);

 

 

 

x 2 + y2

 

 

 

9) u = arcsin

 

 

x

u = x

yz

 

 

 

 

u =

y z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; 10)

 

 

; 11)

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 + y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

12) u = z x y ; 13) u = x yz ; 14) u = x y yz z x .

3.2.7. Найти частные производные следующих сложных функций (функции f и g считаются дифференцируемыми):

1) u = f (x + y, x 2 + y2 );

x

y

u = f (x − y, xy);

2) u = f

 

,

 

; 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

y

x

 

4) u = f (xy) g(yz); 5) u = [f (x − y)]g(xy ) ;

6) u = f (x − y2 , y − x 2 , xy); 7) u = f (x 2 + y2 , y2 + z 2 , z 2 + x 2 ).

3.2.8. Проверьте, что функция u = (x, y) удовлетворяет соответствующему уравнению, если f - произвольная дифференцируемая функция:

1) u = x

n

 

y

 

 

 

∂u

+ 2y

∂u

= nu ;

 

 

 

f

 

 

 

, x

∂x

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) u = yf (x 2 − y2 ), y2 ∂u + xy

∂u = xu ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

∂y

 

 

 

3) u =

y2

 

+ f (x, y), x 2 ∂u − xy

∂u + y2 = 0 ;

 

 

 

3x

 

 

 

 

∂x

 

 

∂y

 

 

 

4) u = x

n

 

y

 

 

z

 

∂u

+ αy

∂u

+ βz

∂u

= nu ;

 

f

 

 

,

 

,

x

 

 

 

 

 

 

xβ

∂x

∂y

∂z

 

 

 

 

x α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82

 

 

xy

y z

∂u

 

 

∂u

 

∂u

 

xy

5) u =

 

 

ln x + xf

 

,

 

, x

∂x

+ y

∂y

+ z

∂z

= u +

 

z

 

 

z

 

 

x x

 

 

 

 

3.2.9. Найти дифференциал функции:

 

 

 

 

 

1)

u = x 2 y3 в точках M(x, y) и M 0

(2,1);

 

 

 

2)

u =

yz

в точках M(x, y, z) и M 0

(1,2,3);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)u = e xy в точках M(x, y)и O(0,0);

4)u = x y в точках M(x, y) и M 0 (2,3);

5)u = x ln(xy) в точках M(x, y) и M 0 (−1; −1);

6)u = cos(xy + xz) в точках M(x, y, z) и M 0 (0; π6 , π6).

3.2.10. Найдите дифференциал следующих сложных функций в указанных точках, если f – дифференцируемая функция:

1)

u = f (x − y, x + y), M(x, y), M 0 (1,−1);

 

 

x

 

 

2)

u = f xy,

 

, M(x, y), M

0

(0,1);

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

3)

u = f (x 2 − y2 , y2 − z 2 , z 2 − x 2 ), M(x, y, z), M 0 (1,1,1);

4)

u = f (sin x + sin y, cos x − cos z), M(x, y, z), M 0 (0,0,0).

3.2.11. Дана функция u = f (x, y) и точки M 0 (x 0 , y0 ) и M1 (x1 , y1 ), найти приближенное значение f (M1 ):

1)u = x 2 + 2xy + 3y2 , M 0 (2;1), M1 (1,96;1,04);

2)u = 2x 2 + 3y + y2 , M 0 (2;−2), M1 (2,03; − 2,04);

3)u = 2x 2 + 3xy + y2 , M 0 (1;2), M1 (0,96; 1,95);

4)u = x 2 + 2x + y + y2 −1, M 0 (2;4), M1 (1,98;3,91);

5)u = x 2 + 2xy + y2 , M 0 (− 3;4), M1 (− 2,94; 4,05);

6)u = 2y2 + 9xy + y , M 0 (3;1), M1 (2,94; 1,07):

7)u = x 2 + y2 − 4x + 2y , M 0 (3;2), M1 (2,98; 2,05);

8)u = x 2 + y2 − 2x + 2y , M 0 (1;2), M1 (1,08;1,94) ;

9)u = xy + 2x − y , M 0 (2;2), M1 (1,93; 2,05);

10)u = x 2 + y + y2 , M 0 (− 2;2), M1 (− 2,03; 2,04).

83

3.2.12.

 

 

Для

 

 

заданной функции

 

u = f (x, y)

найти:

d U ,

 

∂2 u ∂2 u

 

∂ 2 u ∂ 2 u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

,

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x 2

 

∂x ∂y

∂y ∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) u = y

 

y

 

; 2) u = y e xy ; 3) u = x e −xy ; 4)

u = sin(x 2 − y3 );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln (tg x)

 

 

 

 

y

; 6) u = 3

 

 

; 7) u = ln(

 

+

 

 

); 8) u =

;

 

 

5) u = tg

2x 2 − y

 

 

x

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

y

 

 

 

 

 

9) u = ln(

 

 

 

 

); 10) u = arccos

y

; 11) u = arccos

;

 

 

 

 

 

 

x 3 + 4y2

 

 

 

 

 

 

x

x − y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12) u = arcsin

x

; 13) u = arctg

x

; 14) u = arctg

 

y

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15) u = sin

2 (x − 2y); 16) u = cos3

 

 

 

 

;

17) u = tg 3 (3x

− y);

18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− y

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u = sin 4 (5x − y 2 );

 

 

 

 

 

 

u = ln3 (5x 2 + 3y3 );

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

19)

 

 

20)

 

 

u = ln 2

 

 

+

 

;

21)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

x

 

u= arccos2 (x y2 ) ; 22) u = arctg3 (x y) ; 23) u = (1 + y3 )x3 ; 24) u = y x2 .

3.2.13.Дана функция z = f (x, y) . Показать, что она удовлетворяет уравне-

нию F(x, y, z) = 0 .

1) z = e x / y ,

 

y

 

 

∂2 z

− ∂z +

∂z

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂x ∂y

 

∂y

 

 

 

 

 

 

 

 

2) z =

x y

,

 

 

 

x

 

∂ z

+ y ∂z − z = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y

 

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

∂y

 

 

 

 

 

3) z =

 

y 2

 

 

,

 

 

x

 

2 ∂2 z

− y

2 ∂2 z

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

2

 

 

∂ y 2

 

 

 

 

 

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) z = e

x y

,

 

 

 

 

x

2

 

 

∂2 z

− y

2

 

∂2 z

 

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x 2

 

 

∂ y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5) z =

 

y

 

 

 

 

 

2 ∂2 z

+ 2 x y

 

∂2 z

 

+ y

2

∂2 z

= 0;

 

 

,

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

∂ x 2

∂ x ∂y

 

∂ y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂ z

 

 

 

1 ∂ z

 

 

 

 

 

z

 

6) z =

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

= 0;

(x 2 − y2 )5

 

 

 

 

 

x ∂ x

 

y

∂ y

y 2

7) z = x ln

y

,

 

 

 

x

 

∂ z

 

+ y

∂ z

 

− z = 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ z

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ z

 

 

 

 

 

8) z = (x 2 + y 2 )tg

 

 

,

 

 

 

 

 

 

x

∂ x

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

− 2z

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9) z = sin

2

(y

− a x),

 

 

 

 

 

a

2

 

∂2 z

 

−

 

∂2 z

 

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ y 2

 

∂ x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10) z = e

−cos( y+a x)

,

 

 

 

a

2

∂

2 z

 

−

 

∂2 z

 

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ y 2

 

∂ x 2

 

 

11) z = ln(x 2 + (y + 1)2 ),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂2 z

 

 

 

+

 

∂ 2 z

 

 

= 0 ;

 

 

 

 

 

 

∂ x 2

 

 

 

 

∂ y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12) z = x y ,

y

 

 

 

∂2 z

 

 

 

− (1 + y ln(x))

∂ z

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x ∂ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

3.2.14. Найдите частные производные указанного порядка:

 

∂3 u

 

 

 

 

 

∂3 u

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

и

 

, если u = sin(x y);

∂ x2 ∂ y

∂ x ∂ y2

2)

∂3 u

 

 

 

 

, если u = ex y z ;

∂ x ∂ y ∂ z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

∂10 u

 

 

, если u = sin x cos 2y;

∂x 4 ∂y6

4)

∂m+ n u

 

 

 

 

, если u = e2 x sin y + ex cos

y

;

∂ x m ∂ y n

 

 

 

 

 

 

2

 

5)

∂10 u

 

, если u = (x2

+ y)10 + tgx;

∂ x ∂ y 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂m+ n u

 

 

 

 

, если u =

x + y

6)

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

∂ x m ∂ y n

 

 

 

 

 

 

 

 

x − y

3.2.15. Найдите частные производные второго порядка следующих функций (функции f и g считаются дважды дифференцируемыми):

85

1) u = f(x + y, x2 + y2 ); 2) u = f x y,

x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

3) u = ln f(x, x + y); 4) u = f(sin x + cosy);

 

 

 

 

 

 

 

5) u = [f(x)]g(y) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

−

(x−x0 )2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u =

 

 

 

 

 

 

 

4a2 t

(a и

x0 −

 

3.2.16. Докажите, что функция

 

 

 

 

 

e

 

 

числа)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

πt

 

 

 

 

 

 

 

удовлетворяет уравнению теплопроводности

∂u = a

2

∂2 u

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂t

 

 

 

 

 

 

∂x 2

 

 

 

3.2.17. Докажите, что функция u =

1

 

, где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

(x − x 0 ) 2 + (y − y 0 ) 2 + (z − z 0 ) 2

 

удовлетворяет

при

r ≠ 0

уравнению Лапласа u =

∂2 u

+

∂2 u

 

+

∂2 u

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

∂ x2

∂ y2

∂ z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.18. В каждом из случаев проверьте, что данная функция удовлетворяет

заданному уравнению, если f

и g − произвольные дважды дифференцируемые

функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) u = f (x − a t) + g(x + a t),

y

y

2) u = f

 

 

+ x g

 

,

 

 

x

x

∂2 u ∂ t 2

x2 ∂2 u

∂ x2

=a 2 ∂2 u ;

∂x 2

+ 2xy

∂2 u

+ y2

∂2 u

= 0;

∂ x ∂ y

∂ y2

 

 

 

3)

 

n

y

 

1−n

y

 

2

 

∂2 u

 

 

 

∂2 u

 

 

2

∂2 u

= n(n − 1)u;

u = x

 

f

 

 

+ x

 

g

 

 

; x

 

 

 

 

+ 2xy

 

 

+ y

 

 

 

 

 

 

 

∂ x2

∂ x ∂ y

 

∂ y2

 

 

x

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4) u = f(x + g(y)) ,

∂ u

 

∂2 u

=

∂ u

∂2 u

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ x

 

 

∂ x ∂ y

∂ y

∂ y2

 

 

 

3.2.19. Найдите дифференциалы 2 − го порядка следующих функций в указанных точках, если f − дважды дифференцируемая функция, x, y, z − независимые переменные:

1) u = f(x − y, x + y) в точках M(x, y) и M 0 (1,1);

86

2)u = f(x + y, z2 ) в точках M(x, y, z) и M 0 (1,−1,0);

3)u = f(xy, x2 + y2 ) в точках M(x, y) и M0 (0,0);

4)u = sin f(x) ef (y) в точках M(x, y) и M0 (0,0).

3.2.20. Дана функция u = f (x, y), точка M0 (x 0 , y0 ) и вектор a . Требует-

→

 

 

 

∂u (M 0 ) по направлению вектора a .

ся найти grad u(M 0 ) и

 

 

 

 

∂l

 

M 0 (1; 2),

r

 

1) u = 3x 2 + 2x y + y2 ,

 

a{4; 3};

 

2) u = x 2 + 3x y2 ,

M 0 (1; 3),

r

 

 

a{1; 2};

 

3) u = arctg(x 2 y2 ),

 

M 0 (1; −1),

r

 

 

 

a{5; −12};

 

4) u = ln(5x + 3y),

M 0 (2; 2),

r

 

 

a{2; − 3};

 

5) u = 2x 3 y + 3x y2 ,

 

M 0 (1; − 2),

 

r

 

 

 

a{6; − 8};

 

6) u = 2x 4 + 8x 2 y3 ,

 

M 0 (2; −1),

 

r

 

 

 

a{4; 3};

 

7) u = x 2 + x y + y2 ,

 

M 0 (1; 1),

r

 

 

 

a{2; −1};

 

8) u = 5x 2 + 6x y,

M 0 (2; 1),

r

 

 

a{1; 2};

 

9) u = 3x 4 + 2x 2 y2 ,

 

M 0 (−1; 2),

 

r

 

 

 

a{4; − 3};

 

10) u = 3x 2 y2 + 5x y2 ,

M 0 (1; 1),

 

r

 

 

a{2; 1};

 

 

x + y

 

 

 

 

r

 

 

11) u =

 

 

,

 

M 0 (1; − 2),

a{1;

− 2};

 

 

 

 

 

x 2 + y2

 

 

 

 

 

 

 

12) u = arctg(x 2 + y2 ),

 

M 0 (1; −1),

r

 

 

a{5; −12};

13) u = ln(5x 2 + 4y2 ),

 

M 0 (1; 1),

r

 

 

a{2; −1};

 

 

x 2

 

 

 

 

r

 

 

14) u = arcsin

 

 

,

 

M 0 (1; 2),

a{5; −12};

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

15) u = arctg(x y2 ),

 

M 0 (2; 3),

r

 

 

 

a{4; − 3}.

 

3.2.21. Дана функция u = f (x, y), точка M 0 (x 0 , y0 ) и линия L , проходя-

 

 

 

 

 

 

 

→

 

 

0 ) в направлении ли-

щая через т.

M 0 . Требуется найти grad u(M 0 ) и ∂u (M

нии L , в сторону возрастания координаты х.

 

∂l

 

 

 

 

1) u = ln(x 2 + y2 ),

 

M 0 (1; 3),

L : y2 = 9 x;

 

87

2) u = y2e x ,

M 0 (2; 2),

L : x y = 4;

 

x

 

 

M0 (1; 1),

 

 

x 2 + y2 − 2x = 0;

3)

u = arctg

 

 

,

 

 

L :

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

M 0 (1; 1),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4)

u = arcsin

 

 

,

 

L :

y = x;

 

 

 

 

y +1

 

 

 

 

 

 

 

5)

u = arctg(x + y),

M 0 (1; 1),

L :

y = x;

6) u = ln(x 2 + y2 ),

 

M 0 (1; 1),

L : x 2 + y2 = 2;

7)

u = x 2 + y2 ,

M 0 (4; 4),

 

L :

y2 = 4x;

8)

u = x 2 + y2 ,

M 0 (6; 8),

 

L :

x 2 + y2 = 100;

9)

u = arctg(x y2 ),

 

M 0 (1; −1),

 

L :

y = −x;

 

 

x

 

 

 

M 0 (5; 5),

 

 

y2 = 5x;

10)

u = arcsin

 

 

 

 

,

 

 

L :

 

 

 

 

 

 

x

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u = arcctg(x 2 + y),

 

M 0 (2; 1),

 

 

 

 

 

11)

 

 

L :

y2 = x 2 − 3;

 

x

 

 

 

M 0 (1; 2),

 

 

 

 

 

12)

u = arccos

 

,

 

 

L :

y = 2x;

 

 

 

 

y

 

 

 

M 0 (3; 1),

 

 

 

 

 

13)

u = x 2 + y2 + x y,

 

 

L :

4x − 3y − 9 = 0;

 

 

y

 

 

 

M 0 (5; 5),

 

 

y2 = 5x;

14)

u = arccos

 

 

 

,

 

 

L :

 

 

 

 

 

 

x

+ y

 

 

 

 

 

 

 

 

15)

u = ln(x + y),

 

 

M 0

π ; 1 ,

L :

y = tg(x);

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

3.2.22. В данной точке M 0 найти уравнения касательной плоскости и нор-

мали к поверхностям:

1)

 

x 2 y z + 2 x 2 z − 3 x y z + 2 = 0,

M 0 (1, 0, −1);

 

 

x 2

 

y2

 

z 2

 

 

2)

 

 

+

 

−

 

 

= 0,

M 0 (4, 3, 4);

16

9

8

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

 

x 2 + 2y2 − 4z 2 = 5

M 0 (1, 2, 1);

4)

z = x 2 − y2 ,

 

 

M 0 (1, 1, 0).

3.2.23. Показать,

что конус z 2 = x 2 + y2 и сфера x 2 + y2 + (z − 2)2 = 2

касаются друг друга в точке M 0 (0, 1, 1) .

88

3.2.24. На поверхности x 2 + y2 − z 2 − 2x = 0 найти точки, в которых касательная плоскость параллельна координатной плоскости xOz .

3.2.25. Исследовать функцию u = f(x, y) на экстремум:

1) u = x2

− xy + y2 ;

 

2) u = x2

− xy − y2 ;

3)

u = x2

− 2xy + 2y2 + 2x ;

4) u = x 3

+ y 3 − x2 − 2xy − y2 ;

 

 

 

 

 

5) u = x3

− 2y3 − 3x + 6y ;

6) u = x3

− 2x2 y2 + y 4 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7) u = xy +

 

1

;

8) u = ex+2 y (x2 − y2 );

 

 

2(x + y)

 

 

 

 

 

 

 

9)

u = e x−y (x2

− 2xy + 2y2 );

10)

u = (x2 + 2y2 )e−(x2 +y2 ) ;

11) u = (x − 2y)e−(x2 +y2 ) ;

12)

u = xyln(x 2 + y2 );

3.2.26. Исследовать функцию u = f(x, y, z) на экстремум:

1)u = x2 + 2y2 + z2 − 2x + 4y − 6z + 1;

2)u = 2x2 + y2 + z2 − 2xy + 4z − x ;

3)u = x 3 + xy + y2 − 2zx + 2z2 + 3y − 1;

4)u = xyz(1 − x − y − z);

5)u = 2 x2 + y2 − 4x + 2z2 ;

yz

6)u = (x + y + 2z)e−(x2 +y2 +z2 ).

3.2.27. Найти наибольшее и наименьшее значения функции u = f (x, y) в замкнутой области, ограниченной заданными линиями.

1). u = x 2 + 2 x y −10

 

D : y = 0,

 

y = x 2 − 4;

 

 

 

2). u = x 2 + x y − 2

 

D : y = 0,

 

y = 4x 2 − 4;

 

 

 

3). u = x y − 2x − y

 

D : x = y = 0,

 

x = 3,

y = 4;

 

 

 

 

 

4). u = x 3 + y3 − 3 x y

 

D : x = y = 0,

 

x = 2,

y = 3;

 

 

 

 

 

 

 

89

 

 

 

5). u = x 2 + 2 x y −10

 

 

 

D : y = 0,

 

 

 

 

 

y = x 2 − 4;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6). u = 5x 2 − 3 x y + y2

 

D : x = y = 0,

 

 

y + x = 2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7). u = x 2 − 2y2 + 4

 

 

 

D : x 2 + y2 = 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

8). u =

1

x 2 − x y

 

 

 

D : y =

 

x 2 ,

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 3;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D : x = 1,

 

9). u = x 2 + 3y2 + x − y

 

y = −1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y + x = 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10). u = x 2 + 2 x y + 2y2

 

D :

 

x

 

= 1,

 

 

 

 

 

 

 

y = 0, y = 2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11). u = x 2 − 2 x y − y2 +

 

D : y = 0, x = −3,

 

4x +1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + y +1 = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12). u = x 2 − 2 x y −

5

y2 − 2x

D : 0 ≤ x ≤ 2,

 

 

 

 

0 ≤ y ≤ 2.

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.28. Исследуйте на условный экстремум функцию u = f(x, y) при усло-

вии связи ϕ(x, y) = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) u = x2 + y2 ,

x

+

y

 

− 1 = 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) u = x + y,

1

 

+

1

 

−

1

= 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

y2

a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) u = x y,

x2 + y2 = 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.29. Исследуйте на условный экстремум функцию u = f(x, y, z) при ус-

ловии связи ϕ(x, y, z) = 0 .

1) u = x2

+ y2

+ 2 z2 , x − y + z − 1 = 0;

2) u = x 3 + y2

− z 3 + 5, x + y − z = 0;

3)u = x − 2y + z, x + y2 − z2 − 1 = 0;

4)u = x − 2y + 2z, x 2 + y2 + z 2 −1 = 0;

5) u = x y2 z3 , x + 2y + 3z = 6 (x > 0, y > 0, z > 0) .

90