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13.9LagrangeMultipliers
PARTIALDERIVATIVESInExample6inSection13.8,wemaximized
avolumefunctionV=xyzsubjectto
theconstraint2xz+2yz+xy=12—whichexpressedthesideconditionthatthesurfaceareawas12m2.Inthissection,wepresentLagrange’smethodformaximizingorminimizingageneralfunctionf(x,y,z)subjecttoaconstraint
(orsidecondition)oftheformg(x,y,z)=k.
So,westartbytryingtofindtheextremevaluesoff(x,y)subjecttoaconstraintof
theformg(x,y)=k.Inotherwords,weseektheextremevalues
off(x,y)whenthepoint(x,y)isrestrictedtolie
onthelevelcurveg(x,y)=k.LAGRANGEMULTIPLIERS—TWOVARIABLES
Thefigureshowsthiscurvetogetherwithseverallevelcurvesoff.Thesehavethe
equationsf(x,y)=c,
wherec=7,8,9,
10,11Thelargestvalueofc
suchthatthelevel
curvef(x,y)=c
intersectsg(x,y)=k.LAGRANGEMULTIPLIERS—TWOVARIABLES
Itappearsthatthishappenswhenthesecurvesjusttoucheachother—thatis,whentheyhaveacommontangentline.Otherwise,thevalue
ofccouldbe
increasedfurther.LAGRANGEMULTIPLIERS—TWOVARIABLES
Thismeansthatthenormallinesat
thepoint(x0,y0)wheretheytouchareidentical.Sothegradientvectorsareparallel.Thatis,
forsomescalarλ.LAGRANGEMULTIPLIERS—TWOVARIABLES
Thiskindofargumentalsoappliestotheproblemoffindingtheextremevaluesof
f(x,y,z)subjecttotheconstraintg(x,y,z)=k.Thus,thepoint(x,y,z)isrestrictedtolieon
thelevelsurfaceSwithequationg(x,y,z)=k.LAGRANGEMULTIPLIERS—THREEVARIABLES
Supposethemaximumvalueoffis
f(x0,y0,z0)=csubjecttog(x,y,z)=k.LetCbeacurvewithvectorequation
r(t)=x(t),y(t),z(t)thatliesonthelevelsurfaceg(x,y,z)=kandpassesthrough(x0,y0,z0).Ift0istheparametervaluecorrespondingtothepoint(x0,y0,z0),then
r(t0)=x0,y0,z0LAGRANGEMULTIPLIERS—THREEVARIABLES
Thecompositefunction
h
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