问题标题:
偏导数的应用的几个题1.求内接于半径为R的球体且体积最大的圆柱体的高.2.求内接于椭圆x*x/a*a+y*y/b*b=1且面积最大的矩形的各边长度.、
问题描述:
偏导数的应用的几个题
1.求内接于半径为R的球体且体积最大的圆柱体的高.
2.求内接于椭圆x*x/a*a+y*y/b*b=1且面积最大的矩形的各边长度.、
彭建兰回答:
球的方程是x²+y²+z²=R²
球体内接圆柱在第一象限内是一个半径为x,高度为z的四分之一圆柱,其体积为¼πx²z,球体内接圆柱的体积为其八倍,即V=2πx²z
令F(x,y,z)=2πx²z-λ(x²+y²+z²-R²),
F'x=4πxz-2λx=0
F'y=-2λy=0
F'z=2πx²-2λz=0
得x=√2λ/2π,y=0,z=λ/2π
代入x²+y²+z²=R²,得λ=2πR/√3
x=√(2/3)R,y=0,z=√3R/3
因此点(√(2/3)R,0,√3R/3)为唯一驻点,由题意可知此圆柱体有最大体积
Vmax=2πx²z=2π(2/3)R²√3R/3=4√3πR³/9
此体积最大的圆柱体的高是2z=2√3R/3
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椭圆方程是x²/a²+y²/b²=1,(x,y)是其内接矩形在第一象限内的一个顶点,其长宽分别为2x,2y,其面积S=4xy
令F(x,y)=4xy-λ(x²/a²+y²/b²-1),
F'x=4y-2λx/a²=0
F'y=4x-2λy/b²=0
得λ=2ab,bx=ay
代入x²/a²+y²/b²=1,得x=a/√2,y=b/√2
因此点(a/√2,b/√2)为唯一驻点,由题意可知此矩形有最大面积Smax=4xy=4a/√2*b/√2=2ab
此面积最大的矩形各边长度为√2a和√2b
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