通过三角函数换元法、二次方程判别式和多元函数导数法,介绍求椭圆内接矩形的最长周长。
方法/步骤
1、方法一:三角换元法
设矩形与椭圆在第一象限的交点为A(m,n),则:
则矩形的周长C=4(m+n),又因为点A在椭圆上,有:
m²/6+n²/5=1,
设m=√6sint,n=√5cost,t∈[0,π/2],
代入周长表达式知:
C=4(√6sint+√5cost)
=4*√11 [(√6/√11)sint+(√5/√11)cost]
=4*√11sin(t+φ),其中tanφ=√5/6.
可知当sin(t+φ)=1时,周长有最大值,即:
Cmax=4*√11.
2、方法二:判别式法
∵C=4(m+n),
∴m=C/4-n,代入椭圆方程知:
(C/4-n)²/6+n²/5=1,
5(C/4-n)²+6n²=30,
16*11n²-40Cn+5C²+16*6*n²-16*30=0,
看成为n的二次方程,由判别式知:
(40C)²-4*16*11(5C²-16*30)≥0,即:
C²≤16*11,可知Cmax=4*√11.
3、方法三:多元函数法
设F(m,n)=4(m+n)- λ(m²/6+n²/5-1),
分别求F对m,n,λ的偏导数为:
Fx=4-2mλ/6,Fy=4-2nλ/5,
Fλ= m²/6+n²/5-1。
令Fx=Fy=Fλ=0,则m/6=n/5,
代入m²/6+n²/5-1=0,则:
m=6/√11,n=5/√11;则
周长Cmax
=4*(6/√11+5/√11)
=4*√11。
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