Q. 36

Question

In Exercises 31–52, find the relative maxima, relative minima, and saddle points for the given functions. Determine whether the function has an absolute maximum or absolute minimum as well. g(x,y)=x4-8x2y+y4

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

The given function has absolute minimum at (3.36, 2.82) with g(3.36, 2.82)=-64.

1Step 1. Given information

A function, g(x,y)=x4-8x2y+y4

2Step 2. Finding the first-order, second-order partial derivatives and determinant of hessian

The first-order partial derivatives of the function are:gx(x,y)=gx=4x3-16xy and gy(x,y)=gy=4y3-8x2Now, solve the system of equations: 4x3-16xy=0 and 4y3-8x2=0, we get,4x(x2-4y)=0 and y3=2x2x=0, x2=4y, y3=8yx=0, y=0 and x=3.36, y=2.82We find two stationary points of g, namely: (0, 0), (3.36, 2.82)The second-order partial derivatives of the function are:gxx(x,y)=2gx2=12x2-16y, gyy(x,y)=2gy2=12y2 and gxy(x,y)=2gxy=-16xgxx(0,0)=0, gyy(0,0)=0 and gxy(0,0)=0gxx(3.36, 2.82)=90.35, gyy(3.36, 2.82)=95.42 and gxy(3.36, 2.82)=-53.76The determinant of the Hessian is:detHgx,y=2gx22gy2-2gxy2detHg0,0=0×0-0=0detHg128,32=90.35×95.42--53.762=5731

3Step 3. Testing and finding relative maximum, relative minimum and saddle points

If g has a stationary point at (x0,y0), then (a)  g has a relative maximum at (x0,y0) if det(Hg(x0,y0))>0 with gxx(x0,y0)<0 or gyy(x0,y0)<0. (b) g has a relative minimum at (x0,y0) if det(Hg(x0,y0))>0 with gxx(x0,y0)>0 or gyy(x0,y0)>0. (c) g has a saddle point at (x0,y0) if det(Hg(x0,y0))<0. (d) If det(Hg(x0,y0))=0, no conclusion may be drawn about the behavior of g at (x0,y0).In the given function, detHg0,0=0. Hence, no conclusion can be made.g0,0=04-802(0)+04=0Also,  detHg(3.36, 2.82)>0 with gxx(3.36, 2.82)>0 and gyy(3.36, 2.82)>0Hence, the given function has minimum at (3.36, 2.82) with minimum value,g(3.36, 2.82)=3.364-83.3622.82+2.824=-64

4Step 4. Testing and finding absolute maximum and absolute minimum

When x=0,limyf(0,y)= and limy-f(0,y)= Therefore, the given function has absolute minimum at (3.36, 2.82)