Docsity
Docsity

Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes

Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity


Consigue puntos base para descargar
Consigue puntos base para descargar

Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium


Orientación Universidad
Orientación Universidad


Ejercicios extras pa aprender, Apuntes de Cálculo

NO SE QUE DECIR SON EJERCICIOS EFE

Tipo: Apuntes

2019/2020

Subido el 29/08/2021

luis-xavier-alcivar-alvarado
luis-xavier-alcivar-alvarado 🇪🇨

5 documentos

1 / 79

Toggle sidebar

Esta página no es visible en la vista previa

¡No te pierdas las partes importantes!

bg1
Extremos de funciones de varias variables
U. D. de Matemáticas de la ETSITGC Asignatura: Métodos Matemáticos 1
1.- Se va a construir un almacén de 500 m3 de volumen con forma de paralelepípedo. El
aire caliente que produzca su sistema de calefacción ascenderá, lo que supondrá una
pérdida de calor por unidad de techo igual a 5 veces la que se produzca por el suelo. Si
la pérdida de calor a través de las 4 paredes laterales es, por unidad de área, triple que
en el suelo, determinar las dimensiones del almacén que minimizan las pérdidas de
calor y en consecuencia el coste de calefacción.
2.- Hallar la ecuación del plano que pasa por el punto
1,2,3P0
y que corta a los
semiejes coordenados OY ,OX y
OZ determinando un tetraedro de volumen mínimo.
3.- Hallar, si existen, los valores máximo y mínimo absolutos en 2
R
de la función:

1y2yxxy,xf 22
4.- Consideremos una placa circular de radio 22 y centro en el origen. La temperatura
en cada punto P(x, y) de la placa viene dada por
xyyxyxT 3, 33 ; localizar el
punto más caliente y el punto más frío de la placa.
5.- Un cuerpo está limitado por la superficie 1zyx 222 . La densidad del cuerpo
depende de cada punto:

yzxzxyzyx6z,y,xD
. Hallar los puntos del
cuerpo en los cuales es máxima o mínima la densidad así como el valor de ésta en ellos.
6.- Sea c la curva intersección de las dos superficies: 1zyxyx 222 , 1yx 22 .
Hallar los puntos de c que están más próximos al origen.
7.- Hallar el máximo de la función
y2x3y,xf
en la región

0y ,0x/Ry,xS 2 bajo la restricción xy + x + y = 5.
8.- Estudiar los valores extremos de la función x12y9x2z 23 sometidos a la
condición x + y = 0.
9.- Usar multiplicadores de Lagrange para calcular las dimensiones de un depósito
cilíndrico circular recto de volumen 8 m3 y área mínima.
10.- Encontrar los puntos donde la función f(x, y) = x2 + y2- xy - x - y alcanza sus valores
máximo y mínimo absolutos en el recinto: A =
3y x,0y ,0x/Ry,x 2 .
11.- Consideremos la función
22
22
),( yx
eyxyxf
para
0, se pide:
a) Para =1, = 2, representarla con Derive e identificar sus extremos y puntos de
silla.
b) Lo mismo para =-1, = 2
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24
pf25
pf26
pf27
pf28
pf29
pf2a
pf2b
pf2c
pf2d
pf2e
pf2f
pf30
pf31
pf32
pf33
pf34
pf35
pf36
pf37
pf38
pf39
pf3a
pf3b
pf3c
pf3d
pf3e
pf3f
pf40
pf41
pf42
pf43
pf44
pf45
pf46
pf47
pf48
pf49
pf4a
pf4b
pf4c
pf4d
pf4e
pf4f

Vista previa parcial del texto

¡Descarga Ejercicios extras pa aprender y más Apuntes en PDF de Cálculo solo en Docsity!

1.- Se va a construir un almacén de 500 m 3 de volumen con forma de paralelepípedo. El aire caliente que produzca su sistema de calefacción ascenderá, lo que supondrá una pérdida de calor por unidad de techo igual a 5 veces la que se produzca por el suelo. Si la pérdida de calor a través de las 4 paredes laterales es, por unidad de área, triple que en el suelo, determinar las dimensiones del almacén que minimizan las pérdidas de calor y en consecuencia el coste de calefacción.

2.- Hallar la ecuación del plano que pasa por el punto P 0  3 , 2 , 1  y que corta a los

semiejes coordenados OX ^ ,OY y (^) OZ determinando un tetraedro de volumen mínimo.

3.- Hallar, si existen, los valores máximo y mínimo absolutos en R 2 de la función:

f ^ x,y^ x^2 xy^2  2 y 1

4.- Consideremos una placa circular de radio 2 2 y centro en el origen. La temperatura

en cada punto P( x , y ) de la placa viene dada por T  x , y   x^3  y^3  3 xy ; localizar el

punto más caliente y el punto más frío de la placa.

5.- Un cuerpo está limitado por la superficie x 2  y^2 z^2  1. La densidad del cuerpo

depende de cada punto: D x,y,z^  6 xyzxyxzyz. Hallar los puntos del

cuerpo en los cuales es máxima o mínima la densidad así como el valor de ésta en ellos.

6.- Sea c la curva intersección de las dos superficies: x 2  xyy^2 z^2  1 , x 2  y^2  1.

Hallar los puntos de c que están más próximos al origen.

7.- Hallar el máximo de la función f  x,y  3 x 2 y en la región

S    x,yR^2 /x 0 ,y 0  bajo la restricción xy + x + y = 5.

8.- Estudiar los valores extremos de la función z  2 x^3  9 y^2  12 x sometidos a la

condición x + y = 0.

9.- Usar multiplicadores de Lagrange para calcular las dimensiones de un depósito cilíndrico circular recto de volumen 8m 3 y área mínima.

10.- Encontrar los puntos donde la función f(x, y) = x 2 + y^2 - xy - x - y alcanza sus valores máximo y mínimo absolutos en el recinto: A =  x, y R^2 /x 0 ,y 0 ,xy 3 .

11.- Consideremos la función   ^  2 2 2 2

f ( x , y ) x  y e  x  y para 0    , se pide:

a) Para=1,= 2, representarla con Derive e identificar sus extremos y puntos de silla. b) Lo mismo para=-1,= 2

c) Lo mismo paraycualesquiera (que cumplan la condición)

12.- Se ha de construir una conducción de agua desde P hasta S. La construcción tiene coste diferente según la zona (ver figura 1). Usar multiplicadores de Lagrange para hallar x , y , z tales que el coste C sea mínimo, supuesto que el coste por km es 300€ entre P y Q, 200€ entre Q y R y 100€ entre R y S

13.- Usar multiplicadores de Lagrange para calcular: a) Las dimensiones r, h de un depósito cilíndrico circular recto de volumen 100 m 3 y área mínima. b) Las dimensiones r, h de un depósito como el de la figura 1, de volumen 100 m 3 y área mínima. c) Comenta los resultados anteriores

14.- Hallar los puntos críticos de la función z  y^2  x  1  2  x^2  y  4 ^2 y estudiarlos

concluyendo cuáles corresponden a extremos relativos y cuáles son puntos de silla.

15.- Una sección cónica C se obtiene mediante la intersección del cono z^2 =x^2 + y^2 con el plano z= 1+x+y. Hallar los puntos de la cónica C que están más próximos y más lejanos del origen.

16.- A continuación se dan las derivadas de segundo orden de una función z = f( x,y ) diferenciable que verifica el teorema de Swartz. Se supone que en (x 0 , y 0 ) las derivadas parciales se anulan, decidir, en cada caso, si en (x 0 , y0) hay un máximo relativo, un mínimo relativo, un punto de silla o si la información es insuficiente.

a) f xx  x 0 ,y 0   5 , f xy  x , y 0 0  5 , f yy  x , y 0 0  4

b) f xx  x 0 ,y 0   9 , f xy  x 0 ,y 0    5 , f yy  x , y 0 0  6

c) f (^) xx  x 0 ,y 0    4 , f (^) xy  x 0 ,y 0   7 , f (^) yy  x 0 ,y 0   16

d) fxx^  x , y 0 0  ^9 , f^ xy  x , y 0 0 ^6 , f^ yy  x , y 0 0 ^4

17.- Una empresa fabrica dos productos. Los ingresos por la venta de x unidades del primer producto y de y unidades del segundo producto son R( x , y )= - 5 x^2 - 8 y^2 - 2 xy + 42 x +102 y Hallar el número de unidades x e y que debe vender para que los ingresos obtenidos sean máximos.

18.- Usar multiplicadores de Lagrange para calcular la distancia mínima del punto P(2,1,1): a) a la superficie z^2 = x^2 + y^2 b) al plano x + y + z = 1

Figura 1

2k m

1k m x y z 10 km

P

Q R S

26.- Sea k una constante real y sea la superficie de ecuación f (x,y) x^2  3 xyky^2 Se

pide: a) Probar que, para cualquier valor de k, el origen (0,0) es un punto crítico de f. b) Hallar los valores de k para los que f presenta un mínimo relativo en (0,0).

27.- a) Consideremos la función g (  ,  ,  ) =cos  cos  cos  , sujeta a la restricción de que

 ,  ,  son los tres ángulos de un triángulo plano. Aplicar multiplicadores de Lagrange

para hallar los valores de  ,  ,  que hacen máximo el valor de g.

b) Hallar los puntos críticos de la función z  y^2  x  1  2  x^2  y  4 ^2 y estudiarlos

concluyendo cuáles corresponden a extremos relativos y cuáles son puntos de silla.

28.- Una canaleta de desagüe con sección transversal en forma de trapecio se hace doblando hacia arriba las orillas de una hoja de aluminio de 60 cm de ancho. Hallar la sección transversal de mayor área.

29.- Estudiar los valores máximos y mínimos relativos y absolutos de la función

f  x,y  y^2 x ,  x, y R^2.

30.- Aplicar el método de los multiplicadores de Lagrange para hallar las distancias máxima y mínima de un punto de la elipse x^2 + 4y^2 = 4 a la recta x + y = 4.

31.- Hallar las dimensiones del recipiente de embalaje abierto por arriba más económico de 96 metros cúbicos de capacidad, sabiendo que la base cuesta 30 céntimos por metro cuadrado y los laterales 10 céntimos por metro cuadrado. Nota: se supone que el embalaje tiene forma de prisma recto.

32.- Se considera la función f^ ^ x,y^ ^ xy^2 x^3 y definida en la región

S    x,yR^2 / 0 x4, 0 y 2 x. Se pide:

a) Razonar si f alcanza sus valores máximo y mínimo absolutos en S. b) Calcular cuáles son esos valores, indicando también en qué puntos se alcanzan.

33.- Calcular el volumen de la caja rectangular más grande situada en el primer octante con tres de sus caras en los planos coordenados y un vértice en el plano x+2y+3z = 6.

34.- Se considera la función f  x, y  xy  4x  y.

a) Estudiar la existencia de máximos y mínimos relativos de f en R^2. b) Estudiar la existencia de máximos y mínimos absolutos de f en R 2. c) Sea la región S  (^)  x, y (^)  R 2 / 0  x  4, 0  y  5 x. Se pide: i.Razonar si f alcanza sus valores máximo y mínimo absolutos en S. ii.Calcular cuáles son esos valores, indicando también en qué puntos se alcanzan.

35.- Se quiere fabricar un depósito de almacenamiento con el menor coste posible. a) Hallar las dimensiones que ha de tener el depósito si se quiere que su capacidad sea de 1000 metros cúbicos, sabiendo que el material para construir el suelo cuesta 40 euros por metro cuadrado y el de las paredes 10 euros por metro cuadrado. b) Hallar dicho coste mínimo. Nota: se supone que el depósito tiene forma de prisma recto sin tapa.

36.- Sea z = f(x, y) una función definida en una región D del plano con derivadas parciales continuas hasta el orden 2. Sea P 0 un punto del interior de la región. Para

cada una de las afirmaciones siguientes, decir si son verdaderas o falsas:

a) Si f tiene en P 0 un máximo o mínimo relativo, entonces, f x  P 0  = f y  P 0  = 0.

b) Si f tiene en P 0 un máximo o mínimo relativo, entonces necesariamente el

Hessiano de f en P 0 es H( P 0 )  0.

c) Si f alcanza su mínimo absoluto “m” en un punto Q de la frontera de D,

entonces f^ x ^ Q = f (^) y  Q = 0

d) Si la región D es cerrada y acotada, entonces, f alcanza sus valores máximo y mínimo absolutos en la región.

37.- Se considera la función f  x,y  xy 2 x 3 y definida en la región:

S   x,yR^2 /  3 x 0 , 0 yx 3  a) Razonar si f alcanza sus valores máximo y mínimo absolutos en S. b) Calcular cuáles son esos valores, indicando también en qué puntos se alcanzan.

38.- La temperatura en un punto (x, y) de una lámina metálica es (^) 2 2 x y

3 x T( x,y) 

a) Hallar la curva de nivel (isoterma) que pasa por el punto P(2, -1). b) Hallar la dirección de máximo crecimiento de la temperatura en P. c) Hallar el coeficiente de variación de la temperatura en P en la dirección de la bisectriz del primer cuadrante. d) Hallar, usando la regla de la cadena, el coeficiente de variación de la

temperatura a lo largo de la curva

y cos t

x 2 sent .

e) Si la cota de error en la medida de “x” es de  1 % y en la de “y” es de  2 % , hallar el máximo error propagado de T en P.

39.- Calcular y clasificar los puntos críticos de la función z = x 3 +3xy 2 – 3x + 1.

40.- Estudiar los máximos y mínimos relativos de la función f (x, y)  x 3  3x  (y 1)^2

41.- Hallar los extremos relativos de (^)   2 2 1 x 2 y^2 z  x 2y e ^ 

1.- Se va a construir un almacén de 500 m 3 de volumen con forma de paralelepípedo. El aire caliente que produzca su sistema de calefacción ascenderá, lo que supondrá una pérdida de calor por unidad de techo igual a 5 veces la que se produzca por el suelo. Si la pérdida de calor a través de las 4 paredes laterales es, por unidad de área, triple que en el suelo, determinar las dimensiones del almacén que minimizan las pérdidas de calor y en consecuencia el coste de calefacción. Solución: Llamemos x, y, z a las dimensiones del almacén (ancho, largo y alto, respectivamente), y “p” la pérdida de calor por unidad de suelo. La pérdida de calor del almacén f(x, y, z) será la suma de la pérdida de calor por el suelo más pérdida de calor por el techo más pérdida de calor por las paredes:

#1: f(x, y, z) ≔ p·x·y + 5·p·x·y + 6·p·z·(x + y)

Como el volumen es 500 = x y z, sustituimos z por 500/xy: 2 2 6·p·(x ·y + 500·x + 500·y) #2: f(x, y, z) ≔ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ x·y 2 2 d 6·p·(x ·y + 500·x + 500·y) #3: ⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ dx x·y 2 6·p·(x ·y - 500) #4: ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2 x 2 2 d 6·p·(x ·y + 500·x + 500·y) #5: ⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ dy x·y 2 6·p·(x·y - 500) #6: ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ 2 y ⎛⎡ 2 2 ⎤ ⎞ ⎜⎢ 6·p·(x ·y - 500) 6·p·(x·y - 500) ⎥ ⎟ #7: SOLVE⎜⎢⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯, ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎥, [x, y]⎟ ⎜⎢ 2 2 ⎥ ⎟ ⎝⎣ x y ⎦ ⎠

Considerando sólo la solución real se obtiene:

2/3 2/ #8: x = 5·2 ∧ y = 5· 2

y

x

z

Segundo método, con multiplicadores de Lagrange:

#10: H(x, y, z, λ) ≔ f(x, y, z) - λ·(x·y·z - 500)

#11: H(x, y, z, λ) ≔ x·(6·p·z - y·(λ·z - 6·p)) + 6·p·y·z + 500·λ

d #12: ⎯⎯ (x·(6·p·z - y·(λ·z - 6·p)) + 6·p·y·z + 500·λ) dx

#13: y·(6·p - λ·z) + 6·p·z

d #14: ⎯⎯ (x·(6·p·z - y·(λ·z - 6·p)) + 6·p·y·z + 500·λ) dy

#15: x·(6·p - λ·z) + 6·p·z

d #16: ⎯⎯ (x·(6·p·z - y·(λ·z - 6·p)) + 6·p·y·z + 500·λ) dz

#17: x·(6·p - λ·y) + 6·p·y

d #18: ⎯⎯ (x·(6·p·z - y·(λ·z - 6·p)) + 6·p·y·z + 500·λ) dλ

#19: 500 - x·y·z

#20: SOLVE([y·(6·p - λ·z) + 6·p·z, x·(6·p - λ·z) + 6·p·z, x·(6·p - λ·y)

  • 6·p·y, 500 - x·y·z], [y, z, x, λ])

Considerando sólo la solución real se obtiene:

⎡ 1/3 ⎤ ⎢ 2/3 2/3 2/3 6·2 ·p ⎥ #21: ⎢y = 5·2 ∧ z = 5·2 ∧ x = 5·2 ∧ λ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎥ ⎣ 5 ⎦

3.- Hallar, si existen, los valores máximo y mínimo absolutos en R 2 de la función:

f  x,y x^2 xy^2  2 y 1

Solución:

, y -1 P 2

x 2 y 2 0 y

f

2 x 1 0 x

f

. 4

f (^)  

x

f 2

2   

y x

(^2) f   

y

f 2

2 4 0 0 2

H  

Luego, P  0

x

f 2

2  

y H  P^  0. Por tanto, f tiene un máximo relativo en P. ¿Es también

máximo absoluto?

Completando cuadrados en la expresión de f, queda:

    f P 4

y 1 2

f x,y x^2

2     ^  

Luego, efectivamente f posee máximo absoluto en P y vale 4

¿Tiene f mínimo absoluto?

f  0 ,y  y^2  2 y 1 que tiende a   cuando y . En consecuencia, no existe mínimo

absoluto de la función f.

4.- Consideremos una placa circular de radio 2 2 y centro en el origen. La temperatura

en cada punto P( x , y ) de la placa viene dada por T  x , y   x^3  y^3  3 xy ; localizar el

punto más caliente y el punto más frío de la placa. Solución:

Extremos relativos en el interior:

P  0 , 0 , P  1 , 1 

3 y 3 x 0 y

f

3 x 3 y 0 x

f

1 2 2

2

    

Ambas soluciones (puntos críticos) son válidas por encontrarse en el interior del círculo de

radio 2 2.

Extremos de f en la frontera (circunferencia de radio 2 2 ):

H (x,y, )x^3 y^3  3 xy  x^2 y^2  8  

H x y 8 0

H 3 y 3 x 2 y 0

H 3 x 3 y 2 x 0

2 2

2 y

2 x

P 3   2 , 2 , P 4  2 , 2 , P 5  3  1 ,- 3  1  y P 6  3  1 , 3  1 .

f  P 1   0 ,f P 2   1 ,f P 3   28 , fP 4   4 , f P 5   26 yf P 6   26.

Por tanto, el valor máximo absoluto de f en C es 28 y lo alcanza en el punto P 3 ^ ^2 ,^2 ,

mientras que valor mínimo absoluto de f en C es – 26 y lo alcanza en los puntos

P 5   3  1 ,- 3  1  yP 6  3  1 , 3  1 .

6.- Sea c la curva intersección de las dos superficies: x 2  xyy^2 z^2  1 , x 2  y^2  1.

Hallar los puntos de c que están más próximos al origen.

Solución:

Se trata de minimizar la función distancia de un punto (x, y, z) al origen (0,0,0), o bien la distancia al cuadrado:

f (x,y,z)d^2   x,y,z , 0 , 0 , 0  x^2 y^2 z^2

Con la condición de que el punto (x, y, z) pertenezca a la curva c, es decir, verifique las ecuaciones de las dos superficies (tenemos, entonces, dos restricciones). La función lagrangiana es:

H( x,y,z,,)x^2 y^2 z^2   x^2 xyy^2 z^2  1   x^2 y^2  1 

d #3: ⎯⎯ H(x, y, z, λ, μ) dx

#4: λ·y - 2·x·(λ + μ - 1)

d #5: ⎯⎯ H(x, y, z, λ, μ) dy

#6: λ·x - 2·y·(λ + μ - 1)

d #7: ⎯⎯ H(x, y, z, λ, μ) dz

#8: 2·z·(λ + 1)

d #9: ⎯⎯ H(x, y, z, λ, μ) dλ

2 2 2 #10: - x + x·y - y + z + 1

d #11: ⎯⎯ H(x, y, z, λ, μ) dμ

2 2 #12: - x - y + 1

⎡ #13: SOLVE(⎣λ·y - 2·x·(λ + μ - 1), λ·x - 2·y·(λ + μ - 1), 2·z·(λ + 1),

2 2 2 2 2 ⎤

  • x + x·y - y + z + 1, - x - y + 1⎦, [x, y, z, λ, μ])

Considerando sólo las soluciones reales, se obtiene:

#15: ⎢x = 0 ∧ y = 1 ∧ z = 0 ∧ λ = 0 ∧ μ = 1, x = 0 ∧ y = -1 ∧ z = 0 ∧ λ ⎣

= 0 ∧ μ = 1, x = 1 ∧ y = 0 ∧ z = 0 ∧ λ = 0 ∧ μ = 1, x = -1 ∧ y =

0 ∧ z = 0 ∧ λ = 0 ∧ μ = 1, x = ⎯⎯ ∧ y = - ⎯⎯ ∧ z = ⎯⎯ ∧ λ 2 2 2

5 √ 2 √ 2 √ 2 = -1 ∧ μ = ⎯, x = ⎯⎯ ∧ y = - ⎯⎯ ∧ z = - ⎯⎯ ∧ λ = -1 ∧ μ 2 2 2 2

5 √ 2 √ 2 √ 2 5 = ⎯, x = - ⎯⎯ ∧ y = ⎯⎯ ∧ z = ⎯⎯ ∧ λ = -1 ∧ μ = ⎯, x = 2 2 2 2 2

√ 2 √ 2 √ 2 5 ⎤

  • ⎯⎯ ∧ y = ⎯⎯ ∧ z = - ⎯⎯ ∧ λ = -1 ∧ μ = ⎯⎥ 2 2 2 2 ⎦

Que corresponden a los puntos:

⎧ #24: ⎨P ≔ [0, 1, 0], P ≔ [0, -1, 0], P ≔ [1, 0, 0], P ≔ [-1, 0, 0], ⎩ 1 2 3 4

⎡ √ 2 √ 2 √ 2 ⎤ ⎡ √ 2 √ 2 √ 2 ⎤ P ≔ ⎢⎯⎯, - ⎯⎯, ⎯⎯⎥, P ≔ ⎢⎯⎯, - ⎯⎯, - ⎯⎯⎥, 5 ⎣ 2 2 2 ⎦ 6 ⎣ 2 2 2 ⎦

⎡ √ 2 √ 2 √ 2 ⎤ ⎡ √ 2 √ 2 √ 2 ⎤⎫ P := ⎢ - ⎯⎯, ⎯⎯, ⎯⎯⎥, P ≔ ⎢- ⎯⎯, ⎯⎯, - ⎯⎯⎥⎬ 7 ⎣ 2 2 2 ⎦ 8 ⎣ 2 2 2 ⎦⎭

f(P ) = f(P ) = f(P ) = f(P ) = 1 #29: 1 2 3 4

3 f(P ) = f(P ) = f(P ) = f(P ) = --- > 1 #30: 5 6 7 8 2

La mínima distancia se alcanza en los puntos P 1 , P2, P3 y P 4 , y dicha distancia vale 1.

8.- Estudiar los valores extremos de la función z  2 x^3  9 y^2  12 x sometidos a la

condición x + y = 0.

Solución: Función lagrangiana:

H x y 0

H 18 y 0

H 6 x 12 0 H (x,y, ) 2 x 9 y 12 x x y y

2 x 3 2

P 1  ^  1 , 1 ,^ P 2 ^  2 , 2 ; f ^ P 1 ^  5 ,f^ P 2 ^  4

Podría pensarse que en P 1 se alcanza el mínimo y en P 2 el máximo de f sobre la recta

x  y 0 , pero, esto no es así ya que, sobre la recta, la función toma los valores:

x y 0 yxf  x,x  2 x^3  9 x^2  12 xx 2 x^2  9 x 12             

lim f x, x limx 2 x^29 x 12

x x            

lim fx, x limx 2 x^29 x 12

x x

Y, en consecuencia, puede afirmarse que la función no posee máximo ni mínimo sobre la recta x + y = 0. Hay que observar que la recta x + y = 0 no es un conjunto compacto (cerrado y acotado) del plano y, por tanto, aunque f es continua, no podía asegurarse que la función fuera a alcanzar valores extremos en dicha recta.

9.- Usar multiplicadores de Lagrange para calcular las dimensiones de un depósito cilíndrico circular recto de volumen 8m^3 y área mínima.

Solución:

V = volumen, A = área, A B= área de la base, A L= área lateral

x = radio de la base, y = altura

La función a minimizar es A  AB ALx^2  2 xyf x,y, con la

condición V = A (^) B  yx^2 y 8 , es decir, x 2 y 8  0.

Función lagrangiana:

   

P 2 , 2 ; fP 12 H x y 8 0

H 2 x x 0

H 2 y 2 x 2 xy 0 H(x,y, ) 2 xy x x y 8 2

2 y

x 2 2

¿Realmente 12 es el valor del área mínima?

Tiene sentido la pregunta, pues la hipérbola x 2 y 8  0 , en su rama x > 0, y > 0, no es un

conjunto compacto del plano. Analicemos cuánto vale la función en los puntos de la hipérbola:

x

16 x x

x 2 x x

f x, x

y

3 2

2 2 2

  x

16 x lim

3 x 0

 (^) x

16 x lim

3 x Luego, efectivamente, 12  es el valor del área mínima.

x

y

H (x,y, )x^2 y^2 xyxy  xy 3  

H x y 3 0

H 2 y x 1 0

H 2 x y 1 0 y

x

P 7 ; (^)   4

f P 7  .

Los puntos frontera de este lado ya están considerados antes: P 4   3 , 0 , P 6   0 , 3 .

Por tanto, el valor máximo absoluto de f en A es máx 6 4

   y lo alcanza

en dos puntos de la frontera del recinto P 4 ^ ^3 ,^0  y P 6 ^ ^0 ,^3 , mientras que el valor

mínimo absoluto de f en A es mín 1 4

   y lo alcanza en el punto

P 1   1 , 1 del interior del recinto.

11.- Consideremos la función   ^  2 2 2 2

f ( x , y ) x  y e  x  y para 0    , se pide:

a) Para=1,= 2, representarla con Derive e identificar sus extremos y puntos de silla. b) Lo mismo para=-1,= 2 c)Lo mismo paraycualesquiera (que cumplan la condición) Solución:

a)   ^  2 2 2 2 f ( x , y ) x  2 y exy f es una función diferenciable por ser producto de un polinomio y una exponencial, ambos funciones diferenciables, luego los extremos han de ser puntos críticos de f:  2 ^22 ^  2  2 2  1  

xe x y x

f (^) x y = 0

 2 ^22 ^  2  2 2  2  

ye x y y

f (^) x y = 0

Resolviendo el sistema formado por ambas ecuaciones se obtienen los puntos: (0, 0), (0, 1), (0, -1), (1, 0), (-1, 0) Para discernir cuáles de ellos son extremos o puntos de silla aplicamos el criterio de la derivada segunda. Hallamos las derivadas de segundo orden de f :

Construimos el hessiano de f

2

2 2

2 2

2

y

f x y

f

y x

f x

f

Hessf

 y hallamos su valor en cada punto crítico

 Hess f (0,0) = 8> 0 y (^2)

2

x

f

(0,0) = 2> 0, luego f presenta en (0,0) un mínimo relativo

cuyo valor es f (0,0)= 0 (es mínimo absoluto pues f ( x , y ) 0 para cq (( x , y )  R^2 ).

 Hess f (0,1) = (^2)

e

0 y (^2)

2

x

f

e

< 0, luego f presenta en ( 0,1) un máximo

relativo cuyo valor es f (0,1)= e