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Gegeben sei die folgende Funktion

f(x,y,z)=−6⋅x⋅z−2⋅y⋅z+z^2.
Berechnen Sie die kritische Stelle der Funktion f(x,y) unter den Nebenbedingungen x+y=5 und z−y=6.

Geben Sie die Koordinaten der kritischen Stelle exakt, also ungerundet, an. Die Koordinaten der kritischen Stelle lauten:

X-Koordinate:

Y-Koordinate:

Z-Koordinate

Danke vorab.

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f(x,y,z)=−6⋅x⋅z−2⋅y⋅z+z^2.


Berechnen Sie die kritische Stelle der Funktion f(x,y)

unter den Nebenbedingungen x+y=5 und z−y=6.

Setze in f ein .     x = 5-y und  z = 6+y , das gibt

f(y) = 5y^2 +6y -144

f ' (y) = 10y + 6 ==Y  f ' (y) = 0 <=>  y = -3/5  = -0,6

Mit    x = 5-y und  z = 6+y , gibt das

   x = 28/5=5,6    und   z = 27/5 =5,4

siehe auch:

https://www.wolframalpha.com/input/?i=optimize+-6*x*z-2*y*z%2Bz%5E2+on+x%2By%3D5+and+z-y%3D6

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   Giuseppe Lodovico Spaghettix Pomodoro Lagrangia da Torino .

   Lagrangia nannte sich Lagrange, Gian_Battista Lulli nannte sich " Jean_Baptiste Lully "

   Giulio Mazzarini nannte sich " Jules Mazarin " und Napolwone Buonaparte  "  Napoleon Bonaparte "


  F  (  x  ;  y  ;  z  )  :=   z  ²  -  6  x  z  -  2  y  z       (  1a  )

  G1  (  x  ;  y  )  :=  x  +  y  =  5  ;  LP  :=  k1       (  1b  )

  G2  (  y  ;  z  )  :=  z  -  y  =  6  ;  LP  :=  k2     (  1c  )

  H  (  x  ;  y  ;  z  )  :=  F  (  x  ;  y  ;  z  )  +  k1  G1  (  x  ;  y  )  +  k2  G2  (  y  ;  z  )     (  2a  )

  H_x  =  -  6  z  +  k1  =  0  ===>  k1  =  6  z     (  2b  )

   H_z  =  2  z  -  6  x  -  2  y  +  k2  =  0  ===>  k2  =  6  x  +  2  y  -  2  z     (  2c  )

  H_y  =  -  2  z  +  k1  -  k2  =  0     (  3a  )


   einsetzen von  (  2bc ) in ( 3a )


          3  x  +  y  -  3  z  =  0       (  3b  )


    Zu lösen ist das  LGS  ( 1bc;3b )  Aus ( 1b )


     x  =  5  -  y      (  4a  )


     und aus  (  1c  )


    z  =  6  +  y      (  4b  )


    ( 4ab ) einsetzen in ( 3b )


      5  y  =  (  -  3  )  ===>  y  =  (  -  3/5  )       (  5a  )

     x  =  28/5  ;  z  =  27/5    (  5b  )


    1) Bruchrechnung mach ich an sich sehr gern ( aus dem Aufgabentext zu schließen, scheint's da schwer zu hapern. )

   2) Die Probe auf das LGS stimmt; solltet ihr im Kopf schaffen.

   3) für weitere Rechenfehler übernehme ich keine Gewähr, bitte im Voraus um Entschuldigung und bin für Anregungen stets dankbar .

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    Vielleicht sollte ich das voraus schicken - ihr kennt mich ja nicht. Ich bin alles andere als ein Kommunist - eher das Gegenteil. Aber ich habe auch erlebt, dass unserem Kollegen, der sich selbst  "  Kleinfex vom Wurzholz " nannte, Frist los gekündigt wurde, weil er es nicht unterlassen konnte, während der Arbeitszeit für seine Partei zu agitieren. Und es WAR ein  unersetzlicher Verlust; der Betrieb hatte sich ins eigene Fleisch geschnitten. Unsere gesamte Compilerstruktur hatte Kleinfex im Alleingang aufgebaut.

   Warum ich das erzähle?  Zur Vordiplomprüfung meldete sich mal eine rote Zelle - zehn Mann. Die begehrten jetzt,  als Kommune geprüft zu werden im Kollektiv .

   Wer zuletzt lacht, lacht am besten. Natürlich hatten die Commies ihren  Vorstoß retorisch und juristisch abgesichert. Als der Prof ihr Ansinnen zurück wies, konterten sie mit einem Paragrafen aus der Prüfungsordnung, wonach die Vordiplomprüfung grundsätzlich als Diskussion im Rahmen eines Kollektivs vor sich zu gehen habe ...

   Da wurde ich dann doch neugierig; ich interviewte den Prof .

   "  Sicher. Juristisch sind die Kameraden im Recht. Genau so wie in der Prüfungsordnung steht, dass die Prüfungen öffentlich abzuhalten sind gleich Gerichtsprozessen. Beides kommt im Regelfall nicht zur Anwendung. Und zwar ganz einfach, weil diejenigen, die durchgefallen sind, das erfahrungsgemäß als Klagegrund missbrauchen. "

   Ihr alle kennt das "  Komponistenkollektiv rote Fahne "  der Volksrepublik China . Um mal eine ganz unverdächtige Stimme zu Gunsten des Kollektivs zu worte kommen zu lassen; unseren US Gastprofessor  Hank Miller .

   Ich versteh heut noch nicht, warum mein Doktorvater den  Diplomanden  "  Bernd "  als Mitarbeiter akzeptierte.  Drogenmissbrauch war bei dem Standard; und nicht nur ich musste erfahren, das er sein Diplomzeugnis auf dem Fotokopierer fälschte, um seinen Vater anzuschwindeln, er habe schon das Diplom ...

   Schließlich lief dem Hank dann doch die Galle über:

  " Hör dir doch mal an, wie der Bernd redet.  Der glaubt ernsthaft, bei der Physik handelt es sich um eine Art himmlische Offenbarung. Dem hat noch nie jemand die Augen geöffnet, dass die Physik  eine  KOLLEKTIVLEISTUNG  darstellt. Kepler hatte mal eine Idee; und darauf baut Newton auf.  Ampere entdeckte mal etwas; und das beeinflusste ganz wesentlich Faradays Denken. Und Maxwell wurde von Faradays Gedanken angeregt, das Ganze dann in matematische Formeln zu gießen - usw. usf.

   Deshalb sage ich ja auch immer:  Im Seminar musst du mithelfen, meine bzw. unsere Probleme zu lösen. Denn das befruchtet auch dich; wenn du nur dein eigenes Süppchen kochst, schadest du dir selbst am aller Meisten. "

   Weil ich habe hier den Eindruck, dass wir hier alle viel zu sehr gegeneinander arbeiten.  ( Dass z.B. irgendwelche Bilder nicht mit den Guidelines überein stimmen. I  Gerade diese Aufgabe ist ein schönes Beispiel, wie es sein sollte.  Denn  von Mathechefs Ansatz fühle ich mich maximal inspiriert .   Der Mathechef führt vor, dass hier elementares Einsetzen viel schneller zum Ziel führt.

   Darauf aufbauend, präsentiere jetzt ich meinen eigenen Verbesserungsvorschlag: implizites Differenzieren  (  ID  )  , Lagrange seinen Zwillingsbruder.   (  Im Gegentum zu Lagrange bedarf  ID  bei Schülern keiner zusätzlichen Rechtfertigung;  die Kettenregel ist schließlich bekannt. )

   Schon vor Jahrenden fiel mir auf, dass so bald in einer Geometrieaufgabe Zylinder auftauchen, ID viel geeigneter ist als Lagrange - genau so hier.  Das Ergebnis erzielst du viel direkter und daher auch weniger Fehler anfällig.   Au  (  1.1b  )


    1  +  y  '  =  0  ===>  y  '  =  (  -  1  )     (  2.1a  )


    Jetzt ( 1.1c  )


    z  '  -  y  '  =  0  ===>  z  '  =  (  -  1  )      (  2.1b  )


   Jetzt sind wir in der Lage, die Ableitung von  (  1.1a  )  Null zu setzen:


   F  '  (  x  ;  y  ;  z  )  =  -  2  z  -  6  z  +  6  x  +  2  z  +  2  y  =   (  2.2a  )

                                  =  2  (  3  x  +  y  -  3  z  )     (  2.2b  )


    (  2.2b  )  in Übereinstimmung mit  (  1.3b )   -  "  Tadaaah !!! "


   Naa; wo sind hier die professionellen Gedankenleser?  Was, liebe Gemeinde, glaubt ihr, war mein Hauptmotiv, warum ich mich zu ID inspirieren ließ? Gegenüber Lagrange bietet ID nänmlich den einen unschätzbaren Vorteil, dass wir endlich entscheiden können, ob unser Extremum ein Minimum oder Maximum ist; 2. Ableitung:


     F  "  =  2  (  3  -  1  +  3  )  =  10  >  0  ===>  Minimum    (  2.2c  )


   Können wir das   irgendwie anschaulich verstenhhen?   ( 1.1bc ) sind die Gleichungen zweier Ebenen. Nebenbedingung ist ihre Schnittmenge sprich Knotenlinie .  Bei der Hauptbedingung  ( 1.1a ) handelt es sich laut Wolfram um so eine Art konzentrische verdätschte Zylinder .  Demnach lautet die Aufgabe: In welchem Punkt liegt die Knotenlinie als Tangente an dem Zylinder an?

  Ich hab doch nochmal bei dem Online Matrixrechner gespickt:


https://matrixcalc.org/de/#diagonalize%28%7B%7B0,0,-3%7D,%7B0,0,-1%7D,%7B-3,-1,1%7D%7D%29


   Hauptbedingung  ( 1^.1a ) ist ein metrischer Tensor. Aber doch Grund legend anders als etwa die Lorentzmetrik der RT , die zwar auch indefinit ist ( " Licht_oder nullartige Weltlinien " )  aber eben nicht ausgeartet .

  Wolfram spricht deshalb von einem Zylinder, weil es hier einen Kernvektor gibt; einen Vektor, der auf dem ganzen |R  ³  senkrecht steht

  (  ===>  Sylvesterscher Trägheitssatz; ===>  Signatur )  Wenn du die Metrik Null setzt, kriegst du laut Wolfram zwei sich schneidende Ebenen . Das Ganze ist reichlich unübersichtlich .

  In der ART  gilt ja für Geodäten laut ===>  John Aaschibald Wheeler

  " Once timelike - always timelike. "

   Ich meine nur. Man müsste direkt mal testen, ob unsere Gerade so konstruiert ist, dass sie ausschließlich durch den positiven Bereich unseres Hyperboloids verläuft - aber vermutlich schon . Denn sonst könnte ja ihr Minimum nicht positiv sein .

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Hallo Maxi,

die Einsetzmethode (Antwort von Mathef) funktioniert hier natürlich optimal einfach, weil die gegebenen Nebenbedingungen "traumhaft" sind :-)

Natürlich erhältst du das gleiche Ergebnis mit der Lagrange-Methode:

L(x,y,z,λ,μ)  =  - 6·x·z - 2·y·z + z^2 + λ·(x + y - 5) + μ·(z - y - 6)

Man muss die 5 partiellen Ableitungen von L alle = 0 setzen und dieses Gleichungssystem lösen.

Das ist hier deutlich aufwändiger, kann bei komplzierteren Nebenbedingungen aber hilfreich sein.

Gruß Wolfgang

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