Hola, me podrían echar una mano con el siguiente ejercicio por favor. Muchas gracias de antemano.
Hallar los extremos de f(x,y,z) =x+y+z sujeta a
las condiciones x² +y²=2, x+z =1. Resp. (0,
√
2, 1)
máximo y (0, −
√
2, 1) mínimo.
Observa que tienes la expresión de la función a optimizar:
f(x,y,z) = x + y + z, que e una función diferenciable en R3, cuyo vector gradiente queda expresado:
∇f = < 1 , 1 , 1 >.
Observa que la ecuación implícita de la primera restricción es: x2 + y2 - 2 = 0,
que es una superficie de nivel de la función cuya expresión es: g(x,y,z) = x2 + y2 - 2, cuyo vector gradiente queda expresado:
∇g = < 2x , 2y , 0 >.
Observa que la ecuación implícita de la segunda restricción es: x + z - 1 = 0,
que es una superficie de nivel de la función cuya expresión es: h(x,y,z) = x + z - 1, cuyo vector gradiente queda expresado:
∇h = < 1 , 0 , 1 >.
Luego, observa que con las dos ecuaciones de las restricciones queda definida una superficie cerrada y acotada (cuya forma es disco elíptico).
Luego, tienes que se cumplen todas las condiciones para plantear el Método de los Multiplicadores de Lagrange, por lo que puedes plantear el sistema de ecuaciones (observa que la primera ecuación es vectorial, y que indicamos con a y b a los multiplicadores):
∇f = a*∇g + b*∇h,
g(x,y,z) = 0,
h(x,y,z) = 0.
Luego, sustituyes expresiones, descompones la ecuación vectorial componente a componente, y queda el sistema de cinco ecuaciones con cinco incógnitas:
1 = 2a*x + b,
1 = 2a*y,
1 = b,
x2 + y2 - 2 = 0,
x + z - 1 = 0.
Luego, reemplazas el valor remarcado en las demás ecuaciones (en realidad solo en la primera), cancelas términos numéricos en la primera ecuación, y queda:
0 = 2a*x,
1 = 2a*y,
x2 + y2 - 2 = 0,
x + z - 1 = 0.
Luego, por anulación de un producto tienes dos opciones en la primera ecuación:
1)
a = 0,
luego reemplazas en la segunda ecuación, y queda:
1 = 0, que es una identidad falsa, por lo que tienes que esta opción no conduce a punto críticos;
2)
x = 0,
reemplazas el valor remarcado en las demás ecuaciones (en realidad solo en las dos últimas), y queda:
1 = 2a*y,
y2 - 2 = 0,
z - 1 = 0, aquí sumas 1 en ambos miembros, y queda: z = 1,
luego, sumas 2 en ambos miembros de la segunda ecuación, extraes raíz cuadrada en ambos miembros, y tienes dos opciones:
2a)
y = -√(2),
reemplazas en la primera ecuación, y queda:
1 = -2√(2)a, multiplicas en ambos miembros por √(2), y queda:
√(2) = -4a, divides en ambos miembros por -4, y queda: -√(2)/4 = a,
por lo que tienes el punto crítico: A(0,-√(2),1), cuyos multiplicadores son: a = -√(2)/4 y b = 1,
b)
y = √(2),
reemplazas en la primera ecuación, y queda:
1 = 2√(2)a, multiplicas en ambos miembros por √(2), y queda:
√(2) = 4a, divides en ambos miembros por 4, y queda: √(2)/4 = a,
por lo que tienes el punto crítico: B(0,√(2),1), cuyos multiplicadores son: a = √(2)/4 y b = 1.
Luego, evalúas la expresión de la función para los puntos críticos, y queda:
f(0,-√(2),1) = 0 - √(2) + 1 = -√(2) + 1 ≅ -0,414,
f(0,√(2),1) = 0 + √(2) + 1 = √(2) + 1 ≅ 2,414,
por lo que tienes que la función alcanza un Máximo Absoluto en el punto B(0,√(2),1) y un Mínimo Absoluto en el punto A(0,-√(2),1).
Espero haberte ayudado.