Математика

8 класс
Задача

Окно имеет форму прямоугольника, ограниченного сверху полукругом (рисунок \(3\)). Периметр окна равен \(P.\) Определить радиус полукруга \(R,\) при котором площадь окна является наибольшей.

Решение

прямоугольное окно с полукругом наверху наибольшей площади

Рис.3

Очевидно, что одна сторона прямоугольника равна \(2R.\) Другую сторону обозначим через \(y.\) Периметр всего окна выражается формулой

\[P = \pi R + 2R + 2y.\]

Отсюда находим \(y:\)

\[y = \dfrac{1}{2}\left[ {P - \left( {\pi + 2} \right)R} \right].\]

Площадь окна составляет:

\[ {S = \dfrac{{\pi {R^2}}}{2} + 2Ry } = {\dfrac{{\pi {R^2}}}{2} + 2R \cdot \dfrac{1}{2}\left[ {P - \left( {\pi + 2} \right)R} \right] } = {\dfrac{{\pi {R^2}}}{2} + PR - \pi {R^2} - 2{R^2} } = {PR - \dfrac{{\pi {R^2}}}{2} - 2{R^2}.} \]

Полученное выражение представляет собой функцию \(S\left( R \right).\) Исследуем ее на экстремум. Находим производную:

\[ {S'\left( R \right) = {\left( {PR - \dfrac{{\pi {R^2}}}{2} - 2{R^2}} \right)^\prime } } = {P - \pi R - 4R } = {P - \left( {\pi + 4} \right)R.} \]

Определяем стационарные точки:

\[ {S'\left( R \right) = 0,}\;\; {\Rightarrow P - \left( {\pi + 4} \right)R = 0,}\;\; {\Rightarrow R = \dfrac{P}{{\pi + 4}}.} \]

Поскольку вторая производная отрицательна:

\[ {S''\left( R \right) = {\left[ {P - \left( {\pi + 4} \right)R} \right]^\prime } } = { - \left( {\pi + 4} \right) < 0,} \]
Само максимальное значение площади составляет

\[ {{S_{\max }} = PR - \dfrac{{\pi {R^2}}}{2} - 2{R^2} } = {P\left( {\dfrac{P}{{\pi + 4}}} \right) - \left( {\dfrac{\pi }{2} + 2} \right){\left( {\dfrac{P}{{\pi + 4}}} \right)^2} } = {\dfrac{{{P^2}}}{{\pi + 4}} - \dfrac{{\left( {\cancel{\pi + 4}} \right){P^2}}}{{2{{\left( {\pi + 4} \right)}^{\cancel{2}}}}} } = {\dfrac{{2{P^2} - {P^2}}}{{2\left( {\pi + 4} \right)}} } = {\dfrac{{{P^2}}}{{2\left( {\pi + 4} \right)}}.} \]

8 класс Математика Простая

Ещё по теме