Esercizio - Nove punti critici e minimi globali (appello 9 febbraio 2026)
In questa pagina 3
Teoria: Massimi e minimi liberi e natura dei punti criticiEstremo assoluto = vale in tutto il dominio, relativo = vale in un intorno; "libero" = il dominio è aperto. Fermat (D): in un punto interno di estremo locale dove f è derivabile, ∇f = 0 (punto critico); non basta (x³, −y³, sella x² − y²). Taylor al secondo ordine (D): con f in C² e ∇f(P) = 0, l'Hessiana definita positiva dà minimo locale stretto, definita negativa massimo locale stretto, indefinita sella; per n = 2: det H > 0 e f_xx > 0 minimo, det H > 0 e f_xx < 0 massimo, det H < 0 sella, det H = 0 non decide (x⁴ + y⁴, −x⁴ − y⁴, x⁴ − y⁴). Estremi globali: Weierstrass in un chiuso illimitato se f → +∞ (o −∞) all'infinito (D), da verificare in coordinate polari con una stima che non dipende dall'angolo.Massimi e minimi liberi e natura dei punti critici →. Fonte: corso di Fondamenti di Analisi Matematica 2, Ing. Aerospaziale UniPD, secondo appello 2026.
Testo
Sia ,
- (a) Trovare i punti critici di e scrivere esplicitamente quanti sono.
- (b) Determinarne la natura.
- (c) Dire se esistono massimo e minimo assoluti di su e, in caso affermativo, calcolarli.
Soluzione
Osservazione chiave. con : le due variabili sono separate. Per questo le equazioni del gradiente si risolvono una alla volta.
(a) Punti critici
Ciascuna equazione ha tre soluzioni: se , se . Poiché le due equazioni sono indipendenti, i punti critici sono tutte le combinazioni: punti
(b) Natura
Le derivate miste sono nulle, quindi la hessiana è diagonale: I suoi autovalori sono i due elementi diagonali. Il primo vale se e se (stesso discorso per ). Si hanno quindi tre tipi di punto:
| punto | autovalori | natura | valore di |
|---|---|---|---|
| massimo relativo forte | |||
| , (4 punti) | e (o viceversa) | selle | |
| (4 punti) | minimi relativi forti |
(I valori: ; ; .)
(c) Estremi assoluti
Massimo. Sull'asse , per . Quindi e non esiste il massimo assoluto. (Il punto è solo un massimo relativo.)
Minimo. Dimostriamo che per , così Weierstrass generalizzato (Massimi e minimi liberi e natura dei punti criticiEstremo assoluto = vale in tutto il dominio, relativo = vale in un intorno; "libero" = il dominio è aperto. Fermat (D): in un punto interno di estremo locale dove f è derivabile, ∇f = 0 (punto critico); non basta (x³, −y³, sella x² − y²). Taylor al secondo ordine (D): con f in C² e ∇f(P) = 0, l'Hessiana definita positiva dà minimo locale stretto, definita negativa massimo locale stretto, indefinita sella; per n = 2: det H > 0 e f_xx > 0 minimo, det H > 0 e f_xx < 0 massimo, det H < 0 sella, det H = 0 non decide (x⁴ + y⁴, −x⁴ − y⁴, x⁴ − y⁴). Estremi globali: Weierstrass in un chiuso illimitato se f → +∞ (o −∞) all'infinito (D), da verificare in coordinate polari con una stima che non dipende dall'angolo.Massimi e minimi liberi e natura dei punti critici →) dà l'esistenza del minimo. In polari , : perché . La stima non dipende da e : il minimo assoluto esiste. Dove si trova? Su (aperto) deve essere un punto critico, e fra i valori il più basso è :
Controllo senza polari. Poiché e , si ha subito , con uguaglianza se e solo se . Stesso risultato.
Grafico interattivo: g(t) = t⁴ − 4t², con f(x,y) = g(x) + g(y) − 8. Minimi in t = ±√2 (g = −4), massimo locale in t = 0 (g = 0): le combinazioni dei tre valori di x e dei tre di y producono i nove punti critici
Errori tipici
- Dire "ci sono 3 punti critici" invece di 9: le soluzioni di e di si combinano in tutti i modi.
- Dichiarare massimo assoluto perché è l'unico massimo: è illimitata superiormente.
Versione ripasso
Testo. : punti critici (quanti?), natura, estremi assoluti su .
Soluzione. , .
- , : , combinazioni indipendenti: 9 punti.
- , valori (se coordinata ) e (se ).
- : massimo relativo, .
- 4 punti con una coordinata : selle, .
- : minimi relativi, .
- Massimo: , non esiste. Minimo: in polari (stima indipendente da ) esiste, nei 4 punti. Alternativa: .
Errori: contare 3 punti invece di 9; chiamare massimo assoluto.