TU Wien:Analysis VU (diverse)/Übungen 2024S/Beispiel 380

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Man bestimme alle relativen Extrema und Sattelpunkte der Funktion f(x,y) im angegebenen Bereich:

f(x,y)=sin⁡(x+y)+sin⁡x+sin⁡y für 0≤x,y≤π/2
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Lösungsvorschlag von lumpi

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Partielle Ableitungen

fx=cos⁡(x+y)+cos⁡x

fy=cos⁡(x+y)+cos⁡y

Mögliche Extrema/Sattelpunkte Zum Errechnen von möglichen Extrema, setzen wir fx und fy gleich 0.

fx=cos⁡(x+y)+cos⁡x=0

cos⁡(x+y)=−cos⁡x

fy=cos⁡(x+y)+cos⁡y=0

cos⁡(x+y)=−cos⁡y

→cos⁡x=cos⁡y→x=y

cos⁡(2x)+cos⁡x=0

cos⁡(2x) ist ein Doppelwinkelsatz also cos⁡(2x)=cos2(x)−sin2(x)

das zweite was man wissen muss ist, dass cos2(x)+sin2(x)=1, also sin2(x)=1−cos2(x)

cos⁡(2x)+cos⁡x=0

cos2(x)−(1−cos2(x))+cos⁡x=0

2∗cos2(x)+cos⁡x−1=0

große Lösungsformel einer quadratischen Gleichung.. (nicht auf Substitution u=cos⁡x vergessen!)

Somit erhalte ich die Lösungen

u1=−1,u2=1/2

und jetzt noch für die endgültige Lösung resubstituieren

x1=(π),x2=(π)/3

Nur x2 liegt im angegebenen Bereich, das ist die gesuchte Stelle!

Partielle Ableitungen zweiter Ordnung Nun errechnen wir die partiellen Ableitungen zweiter Ordnung für die Hessematrix:

fxx=−sin⁡(x+y)−sin⁡x=−sin⁡(2π3)−sin⁡(π3)=−3

fxy=fyx=−sin⁡(x+y)=−sin⁡(2π3)=−32

fyy=−sin⁡(x+y)−sin⁡y=−sin⁡(2π3)−sin⁡(π3)=−3

Hessematrix

Hf=|fxxfxyfyxfyy|=|−3−32−32−3|=(−3)2−(−32)2=3−34=94

Hf>0

fxx<0

⟹(π3,π3) ist ein relatives Maximum

Siehe Diskussion im Informatik-Forum WS07 Beispiel 128

Cosinus anschaulich dargestellt (nur halt nicht in rad): cosinus animiert