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曲面x²+2yz=1上の点Pと点Q(-2,1,1)について、線分PQの長さを最小とするPの座標を求める問題で、ラグランジュの未定乗数法を用いて計算してもあまり上手くまとまりません。スマートな解法があれば教えてください。

ラグランジュの未定乗数法 最短距離 関数の増減と極大・極小

回答

✨ ベストアンサー ✨

計算の途中で
(y-1)+λz=0
(z-1)+λy=0
という式が出てきていますが、上-下をするとよさげです

最頻

こたえを出すことができました。これで良いでしょうか…?

gößt

これだと答え方がまずいですね…最小値が何個もあったらそれは最小値ではなくなってしまいます

ラグランジュの未定乗数法というのは、極値の候補を調べる方法ですから、得られた点は極小点の他に極大点や鞍点である可能性も残ります。さらに、極小点であってもそれが最小点であるとも限りません
この問題では、(最小値が存在することは既知として)極値の候補として得られた
√2, √6±1
のうち一番小さい
√2
だけが最小値になります

gößt

他は問題ないです。こうするとより良いのではと思った所を挙げていきます

①場合分けは y-z≠0, y-z=0 の2つでいいと思います。というのも、λで割る場面がないためλが0かどうかはあまり影響しないです

②2枚目の真ん中少し上あたりで
6=(λ+1)²
という式が登場していますが、その後両辺の平方根をとって
λ+1=±√6
とすると展開や解の公式がカットできますよ

③(iii)のPQ²を求めるところは計算が大変ですね…
y=zを利用するのはもちろん、x=-2yも活用すると楽になると思います
PQ²=(-2y+2)²+(y-1)²+(z-1)²
=6(y-1)²
=...
といった感じです

最頻

分かりました。参考にしてもう一度解き直してみます。ありがとうございます!

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