Primi esercizi sulla ricerca di punti di estremo assoluto
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- Domenica Pavone
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1 Primi esercizi sulla ricerca di punti di estremo assoluto Riccarda Rossi Università di Brescia Analisi II Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 1 / 42
2 Richiami di teoria Il teorema di Weierstrass Sia K R N un insieme compatto Sia f : K R un campo scalare continuo su K. Allora f ammette in K almeno un punto di massimo assoluto e almeno un punto di minimo assoluto, cioè { x m, x M K : f ( x ) f ( x m ), x K f ( x ) f ( x M ). Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 2 / 42
3 Problema: Dato K R 2 compatto e f : K R differenziabile, determinare i punti di minimo e di massimo assoluto di f su K. Procedimento: 1 cerco i punti di estremo (relativo) per f in int(k) 2 cerco i punti di estremo (relativo) per f su K 3 confronto i risultati ottenuti Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 3 / 42
4 Passo 1: cerco i pti. di estremo assol. in int(k) È un problema di estremi liberi. Infatti, int(k) è un insieme aperto: per il Teor. di Fermat, se (x 0, y 0 ) int(k) è un punto di estremo relativo per f, allora f (x 0, y 0 ) = (0, 0) Quindi determino tutti i punti di annullamento di f. Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 4 / 42
5 Passo 2: cerco i pti. di estremo assol. su K È un problema di estremo vincolato, del tipo: Problema Data g : R 2 R, determinare i punti (x, y) di estremo per f, vincolati a verificare g(x, y) = 0, cioè i punti di estremo della restrizione di f all insieme {(x, y) R 2 : g(x, y) = 0}. Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 5 / 42
6 Metodo 1 per il problema di estremo vincolato esplicitare il vincolo g(x, y) = 0 rispetto a x o a y, per esempio y = y(x) N.B.: il vincolo può comportare delle limitazioni sulla variabile superstite x (x dovrà variare in un opportuno intervallo I ) sostituire y = y(x) nell espressione di f : ottengo una funzione h = h(x) = f (x, y(x)) studio estremi relativi di h (nell intervallo I!!) trovo x min e x max trovo y min e y max Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 6 / 42
7 Metodo 2 per il problema di estremo vincolato dare l equazione del vincolo g(x, y) = 0 in forma parametrica: { x = x(t) y = y(t) t [a, b] sostituendo l eq. parametrica in f ottengo una funzione h = h(t) = f (x(t), y(t)) studio estremi relativi di h (nell intervallo [a, b]!!) trovo t min e t max trovo x min e x max, y min e y max... metodo dei moltiplicatori di Lagrange, metodo delle curve di livello.. Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 7 / 42
8 Esercizio 1. Determinare i punti di estremo ASSOLUTO di f (x, y) = x + y (x, y) R 2 sul compatto C = {(x, y) R 2 : x 2 + y 2 1} 1. Cerco i pti. di estr. rel. in int(c) Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 8 / 42
9 2. Cerco i pti. di estr. rel. su C Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 9 / 42
10 Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 10 / 42
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12 Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 12 / 42
13 Es. 2. Determinare i punti di estremo ASSOLUTO di u(x, y) = x 2 + y 2 (x, y) R 2 in E = {(x, y) R 2 : x 2 + 4y 2 1}. Determinare i valori di minimo u min e massimo assoluto u max di u. Siccome è funzione crescente, è equivalente cercare i punti di estremo di f (x, y) = x 2 + y 2 Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 16 / 42
14 1. Cerco i pti. di estr. rel. in int(e) Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 17 / 42
15 2. Cerco i pti. di estr. rel. su E Metodo 1: conviene esplicitare x o y (perché ho quadrati sia nel vincolo, sia nella f!) Per esempio x = x(y): { x 2 + 4y 2 x 2 = 1 4y 2 = 1 1 4y y 1 2 Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 18 / 42
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18 Esercizio: per studiare il problema di estremo vincolato, usare l equazione parametrica dell ellisse x 2 + 4y 2 = 1: { x = cos(t), y = 1 2 sin(t), t [0, 2π] Mi riduco a studiare i punti di minimo e massimo di h(t) = f (cos(t), 12 ) sin(t) = cos 2 (t) sin2 (t), t [0, 2π]... Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 21 / 42
19 Esercizio assegnato Trovare i punti di estremo assoluto di f (x, y) = 7 xy sul triangolo D := {(x, y) R 2 : x y 2 = 1}. Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 41 / 42
20 Riccarda Rossi (Università di Brescia) Esercizi su estremi assoluti (I) Analisi II 42 / 42
Estremi. 5. Determinare le dimensioni di una scatola rettangolare di volume v assegnato, che abbia la superficie minima.
Estremi 1. Determinare gli estremi relativi di f(x, y) = e x (x 1)(y 1) + (y 1).. Determinare gli estremi relativi di f(x, y) = y (y + 1) cos x. 3. Determinare gli estremi relativi di f(x, y) = xye x +y..
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