Q. 12

Question

Show that the function h(x, y) = x3 + y3 has a stationary point at the origin. Show that the discriminant det(Hh(0, 0)) = 0. Show that there are points arbitrarily close to the origin such that h(x, y) > 0. Show that there are points arbitrarily close to the origin such that h(x, y) < 0. Explain why all this shows that h has a saddle at the origin .

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

All the points near the origin of the form (-x,0) ,(-x, -y) and (0, -y), with r>0. y>0, h(x,y)<0 and for the points of the form (x,0), (x,y) and (0 , y ) with x>0 ,y >0,  h(x,y)>0. Hence near the origin the function has a saddle..

1Step 1. Given

Function h(x, y) = x3 + y3

2Step 2. Calculating critical point

Given function is h(x, y) = x3 + y3 which is polynomial and hence differentiable . The gradient of the function is h (x ,y, z ) =hxi+hyj.                       =3x2i+ 3y2jAt the critical points the gradient of a function vanishes , that is h(x, y) =0,That is 3x2=0 .....(1) and 3y2 =0.....(2) The solution of 1 and 2 is , x=0 and y=0 , So the critical point is ( 0, 0).

3Step 3. Discriminate of function .

Now the second order derivative of the given function are , 2hx2=6x ,2hy2= 6y , 2hx y=0 Hence the discriminate of the function is, Hh( x , y ) = 2hx22hy2- (2hx y)2                    = (6x)(6y) -0                  = 36xy At (0,0) Hh(0,0)=0. so no conclusion can be drawn using the discriminate  Now all the points near the origin of the form (-x,0) ,(-x, -y) and (0, -y), with r>0. y>0, h(x,y)<0 and for the points of the form (x,0), (x,y) and (0 , y ) with x>0 ,y >0,  h(x,y)>0. Hence near the origin the function has a saddle.