Решение задания типа 61-70
Исследовать методами дифференциального исчисления функцию и, используя результаты исследования, построить ее график.
Решение. Исследование функций и построение их графиков проводится по следующей схеме:
1) найти область определения функции ; исследовать функцию на четность и нечетность;
2) исследовать функцию на непрерывность; найти точки разрыва (если они существуют) и установить характер разрыва;
3) найти асимптоты графика функции;
4) найти интервалы возрастания и убывания функции и ее экстремумы;
5) найти интервалы выпуклости и вогнутости графика функции и точки перегиба;
6) найти точки пересечения графика функции с осями координат;
7) построить график функции.
1) Область определения функции: =
. Проверим функцию на четность, нечетность:
=
. Значит функция ни четная, ни нечетная.
2) Точка разрыва х = 2, причем ,
, следовательно, х = 2 является вертикальной асимптотой графика функции.
3) Найдем наклонные асимптоты , для этого вычислим
=
;
=
.
Таким образом, прямая является наклонной асимптотой графика функции.
4) Интервалы возрастания, убывания и экстремумы определим по следующей схеме:
а) находим первую производную ;
б) находим критические точки, т.е. точки, в которых =0 или
не существует;
в) область определения разбиваем критическими точками на конечное число интервалов монотонности, в каждом из которых имеет строго определенный знак;
г) в соответствии с достаточными условиями определяем интервалы возрастания, убывания функции и ее экстремумы.
Итак,
а) =
= .
б) критические точки находим из уравнения . Отсюда
, следовательно,
в) область определения разбиваем критическими точками на интервалы монотонности следующим образом:
г) вычисляем экстремумы функции:
;
.
5) Найдем интервалы выпуклости, вогнутости кривой и ее точки перегиба. Вычислим :
=
=
= =
= ;
Найдем точки, в которых =0 или
не существует:
=
- нет решений,
не существует, если
, откуда
.
Находим интервалы знакопостоянства для :
Так как не входит в
, то точек перегиба графика нет.
6) Найдем точки пересечения графика с осями координат: если , то
, если
, то
или
и
. Следовательно, график проходит через точки
.
7) Используя полученные результаты исследования, строим график функции.
Методические указания для выполнения контрольной работы № 2.
Решение заданий типа 71-80.Даны функция трех переменных , точка
и вектор
. Найти: 1) градиент функции
в точке
; 2) производную функции
в точке
по направлению вектора
.
Например, ,
,
.
Решение. 1) Градиент функции в точке
это вектор, равный:
, где
значения частных производных функции
по переменным x,y,z, соответственно, в точке М0.
Найдем частные производные функции . Частная производная по переменной х является обыкновенной производной функции одной переменной х при фиксированном значении переменных у и z и обозначается
. Т.о.
=
.
При вычислении (частной производной по переменной у) переменные х и z считают постоянными. Тогда
=
=
=
.
При вычислении (частной производной по переменной z) переменные х и y считают постоянными. Тогда
=
= =
.
Вычислим значения частных производных в точке :
=
;
=
;
=
.
Тогда .
2) Производная функции в точке
по направлению вектора
вычисляется по формуле
=
,
где =3,
,
вычислены в предыдущем задании этой задачи, а
направляющие косинусы вектора
, которые вычисляются по формулам
,
,
. Для вектора
они равны
;
;
. Тогда производная функции по направлению вектора
в точке
равна
.
Решения заданий типа 81-90.Производятся два вида товаров, объемы производства которых х и у, цены на эти товары и
, соответственно, затраты на производство задаются функцией издержек
. Определить при каких объемах производства данных товаров прибыль будет максимальной; найти ее максимальное значение.
Например, =8 (у.е.),
=10 (у.е.),
=
(у.е.).
Решение. Так как товары производятся в объемах х и у, то функция прибыли будет иметь вид
=
или
=
. Требуется найти значения переменных х и у, при которых эта функция примет максимальное значение, при условии, что
. Т.е. надо найти максимум функции двух переменных
.
Для этого найдем точки возможного экстремума этой функции, т.е. точки в которых . В нашей задаче
;
, поэтому система имеет вид:
. Решая ее, находим
, т.е. точка
является точкой возможного экстремума. Если в точке
определитель
и
< 0, то точка
является точкой локального максимума функции
. Здесь
,
,
значения частных производных второго порядка функции
в точке
.
Вычислим эти частные производные: =
;
=
;
. Тогда
и
=
, значит точка
является точкой экстремума функции прибыли
. Это означает, что, если объемы производства товаров первого и второго видов будут равны 2 и 4, соответственно, то прибыль будет максимальной и ее значение будет равно
(у.е.).