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求長方形内橢圓的弧長

生活 更新时间:2025-02-23 20:49:37
主要内容:

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.

求長方形内橢圓的弧長(求橢圓x22)1

方法二:判别式法

∵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。

更多方法,歡迎大家讨論。

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