题目
函数 u=sin x sin y sin z 满足 x + y + z = (pi)/(2) (x > 0, y > 0, z > 0)的条件极值是().A. 1B. 0C. (1)/(6)D. (1)/(8)
函数 $u=\sin x \sin y \sin z$ 满足 $x + y + z = \frac{\pi}{2}$ ($x > 0, y > 0, z > 0$)的条件极值是().
A. 1
B. 0
C. $\frac{1}{6}$
D. $\frac{1}{8}$
题目解答
答案
D. $\frac{1}{8}$
解析
本题考查条件极值的求解,可使用拉格朗日乘数法来求解函数在给定约束条件下的极值。
- 构造拉格朗日函数:
设$F(x,y,z,\lambda)=\sin x\sin y\sin z+\lambda(x + y + z - \frac{\pi}{2})$。 - 求偏导数并令其为$0$:
- 对$x$求偏导数:
$F_{x}=\cos x\sin y\sin z+\lambda = 0$ ①; - 对$y$求偏导数:
$F_{y}=\sin x\cos y\sin z+\lambda = 0$ ②; - 对$z$求偏导数:
$F_{z}=\sin x\sin y\cos z+\lambda = 0$ ③; - 对$\lambda$求偏导数:
$F_{\lambda}=x + y + z - \frac{\pi}{2}= 0$ ④。
- 对$x$求偏导数:
- 求解方程组:
由①$-$②可得:
$\cos x\sin y\sin z - \sin x\cos y\sin z = 0$,
提取公因式$\sin z$得:$\sin z(\cos x\sin y - \sin x\cos y)=0$,
根据两角差的正弦公式$\sin(A - B)=\sin A\cos B - \cos A\sin B$,上式可化为$\sin z\sin(y - x)=0$。
因为$x\gt0,y\gt0,z\gt0$且$x + y + z = \frac{\pi}{2}$,所以$\sin z\neq0$,则$\sin(y - x)=0$,即$y - x = 0$,$y = x$。
同理,由②$-$③可得$\sin x\sin(z - y)=0$,因为$\sin x\neq0$,所以$\sin(z - y)=0$,即$z - y = 0$,$z = y$。
所以$x = y = z$,将其代入④式可得:
$x + x + x - \frac{\pi}{2}= 0$,
$3x = \frac{\pi}{2}$,
解得$x = y = z = \frac{\pi}{6}$。 - 求条件极值:
将$x = y = z = \frac{\pi}{6}$代入函数$u=\sin x\sin y\sin z$可得:
$u=\sin\frac{\pi}{6}\sin\frac{\pi}{6}\sin\frac{\pi}{6}=\frac{1}{2}\times\frac{1}{2}\times\frac{1}{2}=\frac{1}{8}$。