通過三角函數換元法、二次方程判别式和多元函數導數法,介紹求橢圓内接矩形的最長周長。
方法一:三角換元法設矩形與橢圓在第一象限的交點為A(m,n),則:
則矩形的周長C=4(m n),又因為點A在橢圓上,有:
m^2/2 n^2=1,
設m=√2sint,n=cost,t∈[0,π/2],
代入周長表達式得:
C=4(√2sint cost)
=4*√3 [(√2/√3)sint (1/√3)cost]
=4*√3sin(t φ),其中tanφ=√1/2.
可知當sin(t φ)=1時,周長有最大值,即:
Cmax=4*√3.
∵C=4(m n),
∴m=C/4-n,代入橢圓方程得:
(C/4-n)^2/2 n^2=1,
(C/4-n)^2 2n^2=2,
16*3n^2-8Cn C^2 16*2*n^2-16*2=0,
看成為n的二次方程,由判别式得:
(8C)^2-4*16*3(C^2-16*2)≥0,即:
C^2≤16*3,可得Cmax=4*√3.
方法三:多元函數法設F(m,n)=4(m n)- λ(m^2/2 n^2/1-1),
分别求F對m,n,λ的偏導數為:
Fx=4-2mλ/2,Fy=4-2nλ,
Fλ= m^2/2 n^2-1。
令Fx=Fy=Fλ=0,則m/2=n,
代入m^2/2 n^2-1=0,則:
m=2/√3,n=1/√3;則
周長Cmax
=4*(2/√3 1/√3)
=4*√3。
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