Найдите прямоугольник максимальной площади, вписанный в график параболы y = 4 - x^2 и ось Ox; опишите метод оптимизации, исследование экстремума и обоснуйте, что найденный экстремум глобален

20 Ноя в 08:28
4 +2
0
Ответы
1
Рассмотрим симметричный прямоугольник с основанием на оси OxOxOx и верхней стороной на кривой y=4−x2y=4-x^2y=4x2. Пусть правая верхняя вершина имеет абсциссу x≥0x\ge0x0. Тогда
- ширина прямоугольника =2x=2x=2x,
- высота =4−x2=4-x^2=4x2,
- функция площади A(x)=2x(4−x2)=8x−2x3,x∈[0,2]\displaystyle A(x)=2x(4-x^2)=8x-2x^3,\quad x\in[0,2]A(x)=2x(4x2)=8x2x3,x[0,2] (границы от пересечений параболы с осью OxOxOx при x=±2x=\pm2x=±2).
Найдём экстремум методом дифференцирования:
A′(x)=8−6x2. A'(x)=8-6x^2.
A(x)=86x2.
Решая A′(x)=0A'(x)=0A(x)=0 получаем x2=43x^2=\tfrac{4}{3}x2=34 , т.е. x=23x=\tfrac{2}{\sqrt3}x=3 2 (берём положительное значение). Вторая производная
A′′(x)=−12x, A''(x)=-12x,
A′′(x)=12x,
при x=23x=\tfrac{2}{\sqrt3}x=3 2 равна A′′=−243<0A''=-\tfrac{24}{\sqrt3}<0A′′=3 24 <0, значит это локальный максимум.
Проверка на глобальность: A(x)A(x)A(x) непрерывна на замкнутом отрезке [0,2][0,2][0,2], поэтому достигает максимума. На концах A(0)=A(2)=0A(0)=A(2)=0A(0)=A(2)=0, а в критической точке
Amax⁡=A ⁣(23)=2⋅23(4−43)=3233=3239, A_{\max}=A\!\left(\tfrac{2}{\sqrt3}\right)=2\cdot\tfrac{2}{\sqrt3}\Big(4-\tfrac{4}{3}\Big)=\tfrac{32}{3\sqrt3}=\tfrac{32\sqrt3}{9},
Amax =A(3 2 )=23 2 (434 )=33 32 =9323 ,
следовательно это и есть глобальный максимум.
Итог: максимальная площадь 3233=3239\displaystyle \frac{32}{3\sqrt3}=\frac{32\sqrt3}{9}33 32 =9323 . Соответствующий прямоугольник имеет абсциссы вершин −23-\tfrac{2}{\sqrt3}3 2 и 23\tfrac{2}{\sqrt3}3 2 и высоту 4−43=83\displaystyle 4-\tfrac{4}{3}=\tfrac{8}{3}434 =38 .
20 Ноя в 08:39
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир