Question Number 157247 by john_santu last updated on 21/Oct/21
$${F}\left({x},{y}\right)={x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{xy}+\mathrm{6}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{12}{x}+\mathrm{2}{y}+\mathrm{45} \\ $$$${find}\:{x}\:\&{y}\:{such}\:{that}\:{F}\left({x},{y}\right)\:{minimum} \\ $$
Answered by FongXD last updated on 21/Oct/21
$$\mathrm{Given}:\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)=\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2xy}+\mathrm{6y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{12x}+\mathrm{2y}+\mathrm{45} \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)=\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{36}−\mathrm{2xy}−\mathrm{12x}+\mathrm{12y}\right)+\left(\mathrm{5y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{10y}+\mathrm{9}\right) \\ $$$$\Leftrightarrow\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)=\left(\mathrm{x}−\mathrm{y}−\mathrm{6}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}\left(\mathrm{y}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{4} \\ $$$$\mathrm{since}\:\left(\mathrm{x}−\mathrm{y}−\mathrm{6}\right)^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}\left(\mathrm{y}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \geqslant\mathrm{0},\:\forall\mathrm{x},\mathrm{y}\in\mathbb{R} \\ $$$$\mathrm{therefore},\:\mathrm{Min}\left[\mathrm{f}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\right]=\mathrm{4},\:\mathrm{when}\:\mathrm{y}=\mathrm{1}\:\mathrm{and}\:\mathrm{x}=\mathrm{7} \\ $$$$\mathrm{so}.\:\begin{array}{|c|}{\mathrm{Min}\left[\mathrm{f}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)\right]=\mathrm{4}\:\mathrm{which}\:\mathrm{occurs}\:\mathrm{when}\:\mathrm{x}=\mathrm{7}\:\mathrm{and}\:\mathrm{y}=\mathrm{1}}\\\hline\end{array} \\ $$
Answered by mr W last updated on 21/Oct/21
$${x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{xy}+\mathrm{6}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{12}{x}+\mathrm{2}{y}+\mathrm{45}={k} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}\left({y}+\mathrm{6}\right){x}+\mathrm{6}{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{y}+\mathrm{45}−{k}=\mathrm{0} \\ $$$$\left({y}+\mathrm{6}\right)^{\mathrm{2}} −\left(\mathrm{6}{y}^{\mathrm{2}} +\mathrm{2}{y}+\mathrm{45}−{k}\right)\geqslant\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{5}{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{10}{y}+\mathrm{9}−{k}\leqslant\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{10}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}×\mathrm{5}\left(\mathrm{9}−{k}\right)\geqslant\mathrm{0} \\ $$$${k}\geqslant\mathrm{4} \\ $$$$\Rightarrow{F}\left({x},{y}\right)_{{min}} =\mathrm{4} \\ $$$${y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{2}{y}+\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\Rightarrow{y}=\mathrm{1} \\ $$$${x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{14}{x}+\mathrm{49}=\mathrm{0}\:\Rightarrow{x}=\mathrm{7} \\ $$
Answered by qaz last updated on 21/Oct/21
$$\begin{cases}{\frac{\partial\mathrm{F}}{\partial\mathrm{x}}=\mathrm{2x}−\mathrm{2y}−\mathrm{12}=\mathrm{0}}\\{\frac{\partial\mathrm{F}}{\partial\mathrm{y}}=−\mathrm{2x}+\mathrm{12y}+\mathrm{2}=\mathrm{0}}\end{cases}\:\Rightarrow\mathrm{M}=\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)=\left(\mathrm{7},\mathrm{1}\right) \\ $$$$\mathrm{A}=\frac{\partial^{\mathrm{2}} \mathrm{F}}{\partial\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mid_{\mathrm{M}} =\mathrm{2}\:\:\:\mathrm{B}=\frac{\partial^{\mathrm{2}} \mathrm{F}}{\partial\mathrm{y}^{\mathrm{2}} }\mid_{\mathrm{M}} =\mathrm{12}\:\:\:\:\mathrm{C}=\frac{\partial^{\mathrm{2}} \mathrm{F}}{\partial\mathrm{x}\partial\mathrm{y}}\mid_{\mathrm{M}} =−\mathrm{2} \\ $$$$\because\:\:\:\mathrm{A}>\mathrm{0}\:\:\:\:\:\mathrm{AB}−\mathrm{C}^{\mathrm{2}} >\mathrm{0} \\ $$$$\therefore\:\:\mathrm{MinF}\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right)=\mathrm{F}\left(\mathrm{7},\mathrm{1}\right)=\mathrm{4} \\ $$