・範囲                                  ET 氏

 3x^2-2xy + 3y^2= 16 から、 3(x +y)^2-8xy = 16

 x+ y = u、xy = v とおくと、 3u^2-8v = 16

ゆえに、 v=3/8v^2-2 … (1)

 また、方程式 t^2ーut + v = 0 が実数解 x、y をもつから、 u ^2-4v≧0 であり、この不

等式に(1)を代入すると、 u^2-4{(3/8)u^2-2}≧0 よって、 u^2-16 ≦0

これを解いて、 -4 ≦u≦4

したがって、x+ y のとりうる値の範囲は、 -4 ≦x + y ≦4


 他にも、x + y=k とおき、y=k-x として代入し、判別式で k の値を決めるという方法があり
ますが、これ以外の方法を教えてください。


 S(H)さんからのコメントです。(令和2年9月30日付け)

 媒介変数表示をして考察する方法もある。1例として、

 (x,y)=(-((2(-1-6t+3t^2))/(3-2t+3t^2)),(2(-3+6t+t^2))/(3-2t+3t^2)) より、

  x+y=-((4(1-6t+t^2))/(3-2t+3t^2))∈[-4,4] でFin。


 また、別解として、 f(x,y)=3*x^2 - 2*x*y + 3*y^2 - 16」

    Grad(f)(x,y)=K*(1,1)

  {-16 + 3 x^2 - 2 x y + 3 y^2 = 0, 6 x - 2 y=K, -2 x + 6 y=K}

を解いて、  {{x -> -2, y -> -2, K -> -8}, {x -> 2, y -> 2, K -> 8}}

より、 x+y ∈[-4,4]


 ETさんからのコメントです。(令和2年9月30日付け)

 媒介変数表示は、どういう置き方をしたのでしょうか?


 S(H)さんからのコメントです。(令和2年9月30日付け)

 {3*x^2 - 2*x*y + 3*y^2 - 16 = 0, y = t*(x + 2) - 2} を解きました。

また、次のようにしてもよい。

 3*x^2 - 2*x*y + 3*y^2 - 16 = 0 から、

   y=  1/3 (x - 2 Sqrt[2] Sqrt[6 - x^2])

   y=  1/3 (x + 2 Sqrt[2] Sqrt[6 - x^2])

より、 x+y=x+ 1/3 (x - 2 Sqrt[2] Sqrt[6 - x^2]) (の最小値=-4)

 x+y=x+ 1/3 (x + 2 Sqrt[2] Sqrt[6 - x^2]) (の最大値=4)

(参考) 「Lagrange multiplier」が一番のお薦めです。


(コメント) S(H)さんの計算の根底には、45°回転が関係しているように感じます。

 傾き1の直線 y=x と 3x^2-2xy + 3y^2= 16 の交点を計算すると、(±2,±2)(複号同順)

で、このうちの1点(−2,−2)を通る直線が、y = t*(x + 2) - 2 となります。


 3x^2-2xy + 3y^2= 16 のとき、x+ y のとりうる値の範囲の計算だったら、次のようにしても
求められますね!

 3x^2-2xy + 3y^2= 16 上の点(x,y)を原点中心に−45°回転した点を(X,Y)とおくと、

  x=(X−Y)/√2 、y=(X−Y)/√2

 これを上式に代入して、 X2+2Y2=8 を得る。

 2Y2=8−X2≧0 より、 −2√2≦X≦2√2

 ところで、 x+y=√2X なので、 −4≦x+y≦4 となる。



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