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已知可微函数满足,且。
  1. (1) 记,求;
  2. (2) 求的表达式与极值。

答案

第 1 问

第 2 问

;极小值为 ,无极大值

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第 1 问

令 、,由可微函数的链式法则,

此时 、,代入题设关系,得 。

第 2 问

由第(1)问,固定 对 积分,得 。积分常数可依赖 。条件 在新变量下对应 ,因此 ,从而 。
故 。由逆变换 ,得

该式满足给定边界值;其偏导为 、,其中 ,两式相减也满足原偏导关系。
令两偏导为零,得 ,所以 ,再代入得 或 。全部驻点为 、。记 ,求二阶偏导得

在 处,、,判别式为 且 ,为极小值点,极小值为 。亦可由 看出这是全局最小值。
在 处,、,判别式为 ,所以是鞍点。所求函数光滑且已穷尽驻点,故没有极大值。