11. (5.0分) 已知二元函数f(x,y)=(x^2+y^2)/(2),向量vec(a)=(f_(x),f_(y))|_((1,1)),vec(n)=(costheta,sintheta),thetain[0,2pi]。则函数g(theta)=vec(a)cdotvec(n)的最大值为()。A. 2sqrt(2)B. 2C. sqrt(2)D. -2
A. $2\sqrt{2}$
B. 2
C. $\sqrt{2}$
D. -2
题目解答
答案
解析
本题考查二元函数的偏导数、向量的数量积以及三角函数的最值问题。解题思路如下:
- 首先,根据偏导数的求导法则求出函数$f(x,y)$关于$x$和$y$的偏导数$f_{x}$和$f_{y}$。
- 然后,将点$(1,1)$代入偏导数$f_{x}$和$f_{y}$中,得到向量$\vec{a}$的坐标。
- 接着,根据向量数量积的坐标运算求出$g(\theta)$的表达式。
- 最后,利用三角函数的性质求出$g(\theta)$的最大值。
步骤一:求$f(x,y)$的偏导数$f_{x}$和$f_{y}$
已知$f(x,y)=\frac{x^{2}+y^{2}}{2}$,根据求导公式$(X^n)^\prime=nX^{n - 1}$,对$x$求偏导数时,将$y$看作常数,则:
$f_{x}=\frac{\partial f(x,y)}{\partial x}=\frac{2x}{2}=x$
对$y$求偏导数时,将$x$看作常数,则:
$f_{y}=\frac{\partial f(x,y)}{\partial y}=\frac{2y}{2}=y$
步骤二:求向量$\vec{a}$的坐标
将点$(1,1)$代入$f_{x}$和$f_{y}$中,可得:
$f_{x}|_{(1,1)} = 1$,$f_{y}|_{(1,1)} = 1$
所以向量$\vec{a}=(1,1)$。
步骤三:求$g(\theta)$的表达式
已知$\vec{a}=(1,1)$,$\vec{n}=(\cos\theta,\sin\theta)$,根据向量数量积的坐标运算公式$\vec{m}=(x_1,y_1)$,$\vec{p}=(x_2,y_2)$,则$\vec{m}\cdot\vec{p}=x_1x_2 + y_1y_2$,可得:
$g(\theta)=\vec{a}\cdot\vec{n}=1\times\cos\theta + 1\times\sin\theta=\cos\theta + \sin\theta$
根据辅助角公式$a\sin\alpha+b\cos\alpha=\sqrt{a^2+b^2}\sin(\alpha+\varphi)$(其中$\tan\varphi=\frac{b}{a}$),对$g(\theta)$进行化简:
$g(\theta)=\cos\theta + \sin\theta=\sqrt{1^2 + 1^2}\sin(\theta + \frac{\pi}{4})=\sqrt{2}\sin(\theta + \frac{\pi}{4})$
步骤四:求$g(\theta)$的最大值
因为$\theta\in[0,2\pi]$,所以$\theta + \frac{\pi}{4}\in[\frac{\pi}{4},\frac{9\pi}{4}]$。
根据正弦函数的性质,$\sin(\theta + \frac{\pi}{4})$的最大值为$1$,当且仅当$\theta + \frac{\pi}{4}=\frac{\pi}{2}+2k\pi$,$k\in Z$时取到。
所以$g(\theta)=\sqrt{2}\sin(\theta + \frac{\pi}{4})$的最大值为$\sqrt{2}\times1=\sqrt{2}$。