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已知x,y,z∈R,x+y+z=1x,y,z\in R,x+y+z=1,求M=xy+2yz+3xzM=xy+2yz+3xz的最大值

x+y+z=1⇔z=1−x−y⇒M=f(x,y)=xy+2y(1−x−y)+3x(1−x−y)=−3x2−xy2−4xy+3x+2yx+y+z=1\Leftrightarrow z=1-x-y\\ \Rightarrow M=f(x,y)=xy+2y(1-x-y)+3x(1-x-y)\\ =-3x^2-xy^2-4xy+3x+2y

求f(x,y)f(x,y)的偏导数:

{∂f(x,y)∂x=−6x−4y+3∂f(x,y)∂y=−4x−4y+2\left\{ \begin{aligned} \frac{\partial f(x,y)}{\partial x}=-6x-4y+3\\ \frac{\partial f(x,y)}{\partial y}=-4x-4y+2 \end{aligned} \right.

由费马定理,联立方程组:

{−6x−4y+3=0−4x−4y+2=0\left\{ \begin{aligned} -6x-4y+3=0\\ -4x-4y+2=0 \end{aligned} \right.

解得:

{x=12y=0\left\{ \begin{aligned} x=\frac12\\ y=0 \end{aligned} \right.

故z=12z=\frac12。故MM有最大值34\frac34。

在初中阶段,往往不需要考虑多元函数是否有最值,但在后期的学习中却往往需要考虑。

传统的方法:

M=−3x2−2y2−4xy+3x+2y=−2[y2+2(x−12)y+(x−12)2]−3x2+3x+2(x−12)2=−2(x+y−12)2−x2+x+12=−2(x+y+12)2−(x−12)2+34≤34M=-3x^2-2y^2-4xy+3x+2y\\ =-2[y^2+2(x-\frac12)y+(x-\frac12)^2]-3x^2+3x+2(x-\frac12)^2\\ =-2(x+y-\frac12)^2-x^2+x+\frac12\\ =-2(x+y+\frac12)^2-(x-\frac12)^2+\frac34\leq\frac34

当且仅当x=12,y=0x=\frac12,y=0,时,不等式取等号。故MM有最大值34\frac34。


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