円と内積の最大値 | ドリル

問題

\\(x^2+y^2=16\\) のとき、\(3x+4y\) の最大値と、そのときの \(x,y\) を求めなさい。

解答
\[ (3x+4y)^2\le(3^2+4^2)(x^2+y^2)=25\cdot16=400 \]

より、\(3x+4y\le20\)。等号成立時は \((x,y)=k(3,4)\) と書ける。

条件から、

\[ 25k^2=16\quad\Longrightarrow\quad k=\pm\frac45 \]

である。最大値をとるのは \(k=\frac45\) のときだから、

\[ x=\frac{12}{5},\qquad y=\frac{16}{5} \]

となる。このとき \(3x+4y=20\)。したがって、

\[ \boxed{\text{最大値 }20\quad\left(x=\frac{12}{5},\ y=\frac{16}{5}\right)} \]