В цилиндр, осевым сечением которого является квадрат площадью 1кв м, вписан прямоугольный параллелепипед. найдите стороны основания параллелепипеда при которых его объем будет наибольшим

Смирнов Алексей Владимирович

Учитель математики высшей категории

Проверено учителем

Для максимизации объема вписанного прямоугольного параллелепипеда его основание должно быть квадратом со сторонами 22the fraction with numerator the square root of 2 end-root and denominator 2 end-fraction м и 22the fraction with numerator the square root of 2 end-root and denominator 2 end-fraction м. Шаг 1: Определение параметров цилиндра Осевым сечением цилиндра является квадрат площадью S=1cap S equals 1 м 2squared. Пусть Hcap H — высота цилиндра, а Dcap D — диаметр его основания. Так как сечение — квадрат, то H=Dcap H equals cap D. Площадь сечения вычисляется как S=DH=D2cap S equals cap D center dot cap H equals cap D squared. Отсюда находим: D2=1D=1 мcap D squared equals 1 implies cap D equals 1 м H=1 мcap H equals 1 мШаг 2: Связь сторон параллелепипеда с цилиндром Пусть стороны основания прямоугольного параллелепипеда равны aa и bb. Чтобы параллелепипед был вписан в цилиндр, его высота должна быть равна высоте цилиндра ( h=H=1h equals cap H equals 1 м), а диагональ его прямоугольного основания должна быть равна диаметру основания цилиндра. По теореме Пифагора для основания: a2+b2=D2=1a squared plus b squared equals cap D squared equals 1Шаг 3: Составление функции объема Объем параллелепипеда Vcap V вычисляется по формуле V=abhcap V equals a center dot b center dot h. Подставляя h=1h equals 1: V=abcap V equals a center dot bИз уравнения связи выразим bb: b=1a2b equals the square root of 1 minus a squared end-root . Тогда функция объема от одной переменной: V(a)=a1a2cap V open paren a close paren equals a the square root of 1 minus a squared end-root Шаг 4: Нахождение экстремума Для нахождения максимума исследуем функцию f(a)=V2=a2(1a2)=a2a4f of a equals cap V squared equals a squared open paren 1 minus a squared close paren equals a squared minus a to the fourth power. Найдем производную: f(a)=2a4a3f prime of a equals 2 a minus 4 a cubedПриравняем к нулю: 2a(12a2)=02 a open paren 1 minus 2 a squared close paren equals 0Так как a>0a is greater than 0, получаем 12a2=01 minus 2 a squared equals 0, следовательно: a2=12a=12=22a squared equals one-half implies a equals the fraction with numerator 1 and denominator the square root of 2 end-root end-fraction equals the fraction with numerator the square root of 2 end-root and denominator 2 end-fraction Тогда вторая сторона основания: b=1(12)2=112=22b equals the square root of 1 minus open paren the fraction with numerator 1 and denominator the square root of 2 end-root end-fraction close paren squared end-root equals the square root of 1 minus one-half end-root equals the fraction with numerator the square root of 2 end-root and denominator 2 end-fraction Ответ: Стороны основания параллелепипеда равны 22the fraction with numerator the square root of 2 end-root and denominator 2 end-fraction м и 22the fraction with numerator the square root of 2 end-root and denominator 2 end-fraction м. Нужно ли рассчитать максимальный объем этого параллелепипеда или рассмотреть случай с произвольной площадью осевого сечения?

Форма ответа

Ваш аватар