Q. 38

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)=8x33xy2+2y34x2

Step-by-Step Solution

Verified
Answer

The given function has local minimum at (0.43, 0.43) with g(0.43, 0.43)=-3.16and local maximum at (-0.43, -0.43) with g(-0.43, -0.43)=-4

1Step 1. Given information

A function, g(x,y)=8x33xy2+2y34x2

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=24x2-3y2-4 and gy(x,y)=gy=-6xy+6y2Now, solve the system of equations: 24x2-3y2-4=0 and -6xy+6y2=0, we get,x=y and 21x2=4x=y=±221=±0.43We find one stationary point of g, namely: (0.43, 0.43)The second-order partial derivatives of the function are:gxx(x,y)=2gx2=48x, gyy(x,y)=2gy2=12y-6x and gxy(x,y)=2gxy=-6ygxx(0.43, 0.43)=20.64, gyy(0.43, 0.43)=2.58 and gxy(0.43, 0.43)=-2.58gxx(-0.43, -0.43)=-20.64, gyy(-0.43, -0.43)=-2.58 and gxy(-0.43, -0.43)=2.58The determinant of the Hessian is:detHgx,y=2gx22gy2-2gxy2detHg(0.43, 0.43)=20.64×2.58--2.582=46.6detHg(-0.43, -0.43)=-20.64×-2.58-2.582=46.6

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, detHg(0.43, 0.43)>0 with gxx(0.43, 0.43)>0 and gyy(0.43, 0.43)>0. Hence, the given function has minimum at (0.43, 0.43) with, g(0.43, 0.43)=80.433-3(0.43)0.432+20.433-4(0.43)-2=-3.16Also, detHg(-0.43, -0.43)>0 with gxx(-0.43, -0.43)<0 and gyy(-0.43, -0.43)<0. Hence, the given function has maximum at (-0.43, -0.43) with, g(-0.43, -0.43)=8-0.433-3(-0.43)-0.432+2-0.433-4(-0.43)-2=-4

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

When y=0,limxf(x,0)= and limx-f(x,0)=- Therefore, the given function has local minimum at (0.43, 0.43) and local maximum at (-0.43, -0.43)