x²+y²=24,求x-y的最大值。五种方法解题,最后一种超纲了

x²+y²=24,求x-y的最大值。五种方法解题,最后一种超纲了初中代数重点是一元二次方程 由此切入 代入约束方程得到 整理成关于的一元二次方程有 因为是实数 所以判别式

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解法一(初中水平)

初中代数重点是一元二次方程,由此切入。

,则。代入约束方程得到,

整理成关于的一元二次方程有

因为是实数,所以判别式

所以


解法二(高一水平)

数形结合,利用方程的几何意义。

该方程是以原点为圆心,为半径的圆。

,则。该方程是斜率为1,截距为的一条直线。

x²+y²=24,求x-y的最大值。五种方法解题,最后一种超纲了

如上图,可知的半径

为保证截距最大,须直线与圆相切于点

因为直线的斜率为1,所以

所以

可得截距。即


解法三(高二水平)

圆和三角函数有天然联系,利用三角换元法。

因为,所以令

利用三角函数和差公式:

所以

时,可取得最大值


解法四(高三水平)

利用柯西(Cauchy)不等式。

对实数

等号成立当且仅当或存在实数使得

利用柯西不等式可得

,所以

所以


解法五(大学水平)

拉格朗日(Lagrange)乘子法

拉格朗日乘子法是专门用来解决带有限制条件的多元函数极值问题。可以将约束优化问题转化为无约束优化问题。

比如我们求解 。式中可以是多元向量

s.t.是subject to的缩写,指受制于约束条件。这个约束限制解空间。

但是如果引入拉格朗日函数:

式中称为拉格朗日乘子,使得函数没有约束了。原问题最优解可通过求偏导数得到。这个方程组求出来的解不一定都是最优解(例如存在鞍点),但是最优解一定在里面。所以求得的解需要代回原式进行验证。

利用拉格朗日乘子法,设

由①式和②式得

,所以

。即

所以


如果你有解法六(研究生水平)请发到评论区一起讨论学习。[呲牙]

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