x+y+z=1,x2+y2+z2=3,求xyz最大值,怎么做
x²+y²+z²+2(xy+yz+zx)=1
3+2(xy+yz+zx)=1
xy+yz+zx=-1
可见,x,y,z不全是正数,也不全是负数。
x+y+z=1是一个平面,x²+y²+z²=3是一个球面,球心在原点(0,0,0),半径R=√3。
平面的法向矢量(1,1,1),cosα=cosβ=cosγ=1√(1²+1²+1²)=1/√3.
xOy平面与x+y+z=1平面的夹角=γ,sinγ=√(1-cos²γ)=√(1-1/3)=√(2/3)
两者的交集是一个圆。圆心在从O垂直于x+y+z=1平面的垂足OP,设OP=a,则P的坐标为(a/√3,a/√3,a/√3),满足平面方程:
a/√3+a/√3+a/√3=1,3a/√3=1,a=1/√3,P(1/3,1/3,1/3).
该圆的半径r=√(R²-a²)=√(3-1/3)=√(8/3)=2√(2/3)
将这个圆表示成一个参数方程。
该圆与xOy平面的交线是x+y=1,z=0,与x、y轴夹45°角;过P做该交线的平行线,x+y=1/3+1/3=2/3,z=1/3,是该圆的一条水平直径。以该直径与x轴正方向夹角小于90°的一段为正方向,以顺时针方向为正(逆该圆的法向看),一条半径与正向夹角ω。在该圆所在平面内,圆上该半径向上述正向的投影m=rcosω=√(8/3)cosω,垂直于正向的投影为n=rsinω=√(8/3)sinω,该半径的端点(圆上的一点),坐标z=Pz+nsinγ=1/3+√(8/3)sinω(√(2/√3)=1/3+(4/3)sinω
n在水平面内的投影l的长度=rsinωcosγ=√(8/3)sinω/√3=(√8/3)sinω
x=Px+mcos45°-lsin45°=1/3+√(8/3)cosω/√2-(√8/3)sinω/√2
=1/3+(2/√3)cosω-(2/3)sinω
y=Py-mcos45°-lsin45°=1/3-(2/√3)cosω-(2/3)sinω
设
k=xyz=[1/3+(2/√3)cosω-(2/3)sinω][1/3-(2/√3)cosω-(2/3)sinω][1/3+(4/3)sinω]
={[(1/3-(2/3)sinω]²-(4/3)cos²ω}[1/3+(4/3)sinω]
={[1/9-(4/9)sinω+(4/9)sin²ω]-(4/3)cos²ω}[1/3+(4/3)sinω]
=[1/9-(4/9)sinω+(4/9)sin²ω-(4/3)(1-sin²ω)][1/3+(4/3)sinω]
=[-(4/9)sinω+(16/9)sin²ω-(11/9)][1/3+(4/3)sinω]
=(1/27)(16sin²ω-4sinω-11)(1+4sinω)
=(1/27)(64sin³ω-48sinω-11)
设t=sinω
k=xyz=(1/27)(64t³-48t-11)
k'=(1/27)(192t²-48)
=(16/9)(4t²-1)
k'=0,4t²-1=0,t=±1/2
t=-1/2,有极大值kmax=(1/27)(64/8+48/2-11)=(1/27)(8+24-11)=21/27
=7/9
t=1/2,有极小值kmin=(1/27)(64/8-48/2-11)=(1/27)(8-24-11)=-27/27
=-1