实数x,y,z满足x^2/3+y^2/2+z^2/2=1,求x+y+z的取值范围
主要内容:
通过柯西不等式、换元法、微分法及构造多元函数法,介绍x+y+z在满足给定条件x^2/3+y^2/2+z^2/2=1下的取值范围。
主要公式:
1.柯西不等式:(a^2+b^2)(c^2+d^2)≥(ac+bd)^2.
2.sin(a+b)=sinacosb+cosasinb.
柯西不等式法:
∵(x^2/3+y^2/2+z^2/2)*(3+2+2)
≥(x+y+z)^2,
∴1*(3+2+2)≥(x+y+z)^2。
即:-√7≤x+y+z≤√7。
所以所求代数式的取值范围为:
[-√7,√7]。
换元法:
根据已知条件x^2/3+y^2/2+z^2/2=1,设
x=√3sinasinb,
y=√2sinacosb,
z=√2cosa,此时有:
x+y+z
=(√3sinb+√2cosb)sina+√2cosa
√[(√3sinb+√2cosb)^2+2],
=√(3+2+2)=√7,
即:
-√7≤x+y+z≤√7。
所以所求代数式的取值范围为:
[-√7,√7]。
函数微分法:
设所求x+y+z的最大值为t,则:
x+y+z=t,即:
z=t-x-y,其中t为数值,所以:
对z关于x,y的函数,z对x的斜率即偏导数=-1,
z对y的偏导数即斜率也等于-1。
对已知条件求全微分得:
2xdx/3+2ydy/2+2zdz/2=0,
化简得全微分为:
dz=-2xdx/3z-2ydy/2z,则:
-2x/3z=-1,-2y/2z=-1,
则x=3/2*z,y=z,代入已知条件得:
z^2=2/7,即z=±√2/7,取正时得最大值,
所以x+y+z的最大值
=3/2*z+1/1*z+z=√7,得值域为:[-√7,√7]
多元函数法:
设F(x,y,z)=x+y+z-λ(x^2/3+y^2/2+z^2/2-1),
分别对x,y,z,λ求偏导数,得:
Fx=1-2λx/3,Fy=1-2λy/2,Fz=1-2λz/2,
Fλ=x^2/3+y^2/2+z^2/2-1。
令Fx=Fy=Fz= Fλ=0,则:
x=3/2λ,y=2/2λ,z=2/2λ
代入到Fλ=0方程中,则:
3/4λ^2+2/4λ^2+2/4λ^2=1,
解得:2λ=±√7.
此时代入,得:
x+y+z的最大值
=(3+2+2)/2λ
=(3+2+2)/√7
=√7。
同理最小值为相反数,即取值范围为:
[-√7,√7]。