Question Number 97266 by bobhans last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{If}\:\mathrm{x}\:\&\mathrm{y}\:\mathrm{satisfy}\:\mathrm{the}\:\mathrm{equation}\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4x}−\mathrm{6y}−\mathrm{1}\:=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{find}\:\mathrm{minimum}\:\mathrm{value}\:\mathrm{of}\:\mathrm{x}+\mathrm{y}\:? \\ $$
Commented by bobhans last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{f}\left(\mathrm{x},\mathrm{y},\lambda\right)\:=\:\mathrm{x}+\mathrm{y}+\lambda\left(\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4x}−\mathrm{6y}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$\frac{\partial\mathrm{f}}{\partial\mathrm{x}}\:=\:\mathrm{1}+\lambda\left(\mathrm{2x}−\mathrm{4}\right)=\mathrm{0}\:\Rightarrow\lambda\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}−\mathrm{2x}} \\ $$$$\frac{\partial\mathrm{f}}{\partial\mathrm{y}}\:=\:\mathrm{1}+\lambda\left(\mathrm{2y}−\mathrm{6}\right)=\mathrm{0}\:\Rightarrow\lambda=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}−\mathrm{2y}} \\ $$$$\mathrm{so}\:\mathrm{4}−\mathrm{2x}\:=\:\mathrm{6}−\mathrm{2y}\:;\:\mathrm{y}=\mathrm{1}+\mathrm{x}\: \\ $$$$\mathrm{substitute}\:\mathrm{to}\:\mathrm{constraint}\: \\ $$$$\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\left(\mathrm{x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{4x}−\mathrm{6}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)−\mathrm{1}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{2x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8x}−\mathrm{6}=\mathrm{0}\:;\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4x}−\mathrm{3}=\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{x}\:=\:\frac{\mathrm{4}\:\pm\sqrt{\mathrm{28}}}{\mathrm{2}}\:=\:\mathrm{2}\:\pm\sqrt{\mathrm{7}}\:\Rightarrow\begin{cases}{\mathrm{x}=\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{7}}\:\wedge\mathrm{y}=\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{7}}}\\{\mathrm{x}=\mathrm{2}−\sqrt{\mathrm{7}}\:\wedge\mathrm{y}=\mathrm{3}−\sqrt{\mathrm{7}}}\end{cases} \\ $$$$\mathrm{so}\:\mathrm{minimum}\:\mathrm{value}\:\mathrm{x}+\mathrm{y}\:=\:\mathrm{5}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{7}}\:\mathrm{or}\:\mathrm{5}\:−\sqrt{\mathrm{28}} \\ $$
Answered by john santu last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{x}+\mathrm{y}\:=\:\mathrm{k}\:.\:\mathrm{because}\:\left(\mathrm{x},\mathrm{y}\right) \\ $$$$\mathrm{satisfy}\:\mathrm{the}\:\mathrm{circle}\:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4x}−\mathrm{6y}−\mathrm{1}\:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{then}\:\mathrm{r}\:=\:\frac{\mid\mathrm{2}+\mathrm{3}−\mathrm{k}\mid}{\:\sqrt{\mathrm{2}}\:}\:=\:\sqrt{\mathrm{14}} \\ $$$$\Leftrightarrow\mid\mathrm{k}−\mathrm{5}\mid\:=\:\sqrt{\mathrm{28}\:} \\ $$$$\begin{cases}{\mathrm{k}_{\mathrm{max}} \:=\:\mathrm{5}\:+\:\sqrt{\mathrm{28}}}\\{\mathrm{k}_{\mathrm{min}} \:=\:\mathrm{5}−\sqrt{\mathrm{28}}\:}\end{cases} \\ $$
Commented by bobhans last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{great}\:\mathrm{sir}\:\mathrm{your}\:\mathrm{short}\:\mathrm{cut} \\ $$
Answered by Farruxjano last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{x}^{\mathrm{2}} +\mathrm{y}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4x}−\mathrm{6y}−\mathrm{1}=\mathrm{0},\:\boldsymbol{{min}}\left\{\boldsymbol{{x}}+\boldsymbol{{y}}\right\}=? \\ $$$$\boldsymbol{{x}}^{\mathrm{2}} +\boldsymbol{{y}}^{\mathrm{2}} −\mathrm{4}\boldsymbol{{x}}−\mathrm{6}\boldsymbol{{y}}−\mathrm{1}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\left(\boldsymbol{{x}}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\boldsymbol{{y}}−\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{14} \\ $$$$\left(\frac{\boldsymbol{{x}}−\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{14}}}\right)^{\mathrm{2}} +\left(\frac{\boldsymbol{{y}}−\mathrm{3}}{\:\sqrt{\mathrm{14}}}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{1}\:\Rightarrow\:\begin{cases}{\frac{\boldsymbol{{x}}−\mathrm{2}}{\:\sqrt{\mathrm{14}}}=\boldsymbol{{sin}\alpha}\:\:\:\:}\\{\frac{\boldsymbol{{y}}−\mathrm{3}}{\:\sqrt{\mathrm{14}}}=\boldsymbol{{cos}\alpha}}\end{cases}\Rightarrow \\ $$$$\Rightarrow\:\begin{cases}{\boldsymbol{{x}}=\sqrt{\mathrm{14}}\boldsymbol{{sin}\alpha}+\mathrm{2}}\\{\boldsymbol{{y}}=\sqrt{\mathrm{14}}\boldsymbol{{cos}\alpha}+\mathrm{3}}\end{cases}\Rightarrow\boldsymbol{{x}}^{\mathrm{2}} +\boldsymbol{{y}}^{\mathrm{2}} =\mathrm{14}+ \\ $$$$+\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{14}}\boldsymbol{{sin}\alpha}+\mathrm{6}\sqrt{\mathrm{14}}\boldsymbol{{cos}\alpha}+\mathrm{4}+\mathrm{9}= \\ $$$$=\left[\boldsymbol{{using}}\:\boldsymbol{{this}}\:\boldsymbol{{inequality}}:\:\boldsymbol{{asin}\alpha}+\boldsymbol{{bcos}\alpha}\geqslant\right. \\ $$$$\left.−\sqrt{\boldsymbol{{a}}^{\mathrm{2}} +\boldsymbol{{b}}^{\mathrm{2}} }\right]=\mathrm{27}+\left[\mathrm{4}\sqrt{\mathrm{14}}\boldsymbol{{sin}\alpha}+\mathrm{6}\sqrt{\mathrm{14}}\boldsymbol{{cos}\alpha}\right]\geqslant \\ $$$$\geqslant\mathrm{27}+\sqrt{\mathrm{16}\centerdot\mathrm{14}+\mathrm{36}\centerdot\mathrm{14}}=\mathrm{27}−\sqrt{\mathrm{52}\centerdot\mathrm{14}}=\mathrm{27}−\sqrt{\mathrm{728}} \\ $$
Commented by bobhans last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{sorry}\:\mathrm{sir}.\:\mathrm{it}\:\mathrm{wrong} \\ $$
Commented by bobhans last updated on 07/Jun/20
$$\mathrm{it}\:\mathrm{should}\:\mathrm{be}\:\begin{cases}{{x}\:=\:\mathrm{2}+\sqrt{\mathrm{14}}\:\mathrm{cos}\:\alpha}\\{\mathrm{y}\:=\:\mathrm{3}+\sqrt{\mathrm{14}}\:\mathrm{sin}\:\alpha}\end{cases} \\ $$$$\mathrm{then}\:{x}+{y}\:=\:\mathrm{5}\:+\:\sqrt{\mathrm{28}}\:\mathrm{cos}\:\left(\alpha−\mathrm{45}^{\mathrm{o}} \right)\:; \\ $$$$\mathrm{so}\:\mathrm{min}\:\left\{\:{x}+{y}\:\right\}\:=\:\mathrm{5}−\sqrt{\mathrm{28}}\:.\: \\ $$