求二元函数$f(x,y)=x+y+4\sin x \sin y$的局部极值:驻点求解求助
嘿,我来帮你搞定这个驻点求解的问题!你已经算出了关键的两个等式:$\cos x \sin y=-\frac{1}{4}$和$\cos y \sin x =-\frac{1}{4}$,接下来咱们就从这两个式子入手一步步推导出驻点。
首先,把这两个等式相减,得到:
$$\cos x \sin y - \cos y \sin x = 0$$
你应该记得三角恒等式$\sin(A-B)=\sin A \cos B - \cos A \sin B$,这里正好对应$\sin(y - x)=0$。这意味着$y - x = k\pi$($k$是任意整数),也就是**$y = x + k\pi$**,接下来咱们分两种核心情况讨论:
情况1:$k$为偶数,即$y = x$
把$y=x$代入$\cos x \sin y=-\frac{1}{4}$,就变成了$\cos x \sin x = -\frac{1}{4}$。利用二倍角公式$\cos x \sin x = \frac{1}{2}\sin2x$,代入后得到:
$$\frac{1}{2}\sin2x = -\frac{1}{4} \implies \sin2x = -\frac{1}{2}$$
解这个三角函数方程,$2x$的解是:
$$2x = 2n\pi + \frac{7\pi}{6} \quad \text{或} \quad 2x = 2n\pi + \frac{11\pi}{6} \quad (n\in\mathbb{Z})$$
所以对应的$x$值为:
$$x = n\pi + \frac{7\pi}{12} \quad \text{或} \quad x = n\pi + \frac{11\pi}{12}$$
因为$y=x$,所以这部分的驻点是:
$$\left(n\pi + \frac{7\pi}{12}, n\pi + \frac{7\pi}{12}\right) \quad \text{和} \quad \left(n\pi + \frac{11\pi}{12}, n\pi + \frac{11\pi}{12}\right) \quad (n\in\mathbb{Z})$$
情况2:$k$为奇数,即$y = x + \pi$
把$y=x+\pi$代入$\cos x \sin y=-\frac{1}{4}$,先利用$\sin(x+\pi)=-\sin x$化简,式子变成:
$$\cos x \cdot (-\sin x) = -\frac{1}{4} \implies -\frac{1}{2}\sin2x = -\frac{1}{4} \implies \sin2x = \frac{1}{2}$$
解这个方程,$2x$的解是:
$$2x = 2n\pi + \frac{\pi}{6} \quad \text{或} \quad 2x = 2n\pi + \frac{5\pi}{6} \quad (n\in\mathbb{Z})$$
对应的$x$值为:
$$x = n\pi + \frac{\pi}{12} \quad \text{或} \quad x = n\pi + \frac{5\pi}{12}$$
因为$y=x+\pi$,所以这部分的驻点是:
$$\left(n\pi + \frac{\pi}{12}, n\pi + \frac{\pi}{12}+\pi\right) \quad \text{和} \quad \left(n\pi + \frac{5\pi}{12}, n\pi + \frac{5\pi}{12}+\pi\right) \quad (n\in\mathbb{Z})$$
你可以挑几个点验证一下,比如取$n=0$时的$\left(\frac{7\pi}{12},\frac{7\pi}{12}\right)$,计算$\cos x \sin y$的结果确实是$-\frac{1}{4}$,完全符合咱们最开始的等式~
备注:内容来源于stack exchange,提问作者sonj4

