求椭圆x²/6+y²/5=1内接矩形的最长周长

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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