同樣周長的正方形和長方形面積一樣嗎

2021-08-04 11:30:14 字數 5029 閱讀 4093

1樓:匿名使用者

談到,周長固定圍成面積的問題,許多人會想到正方形和二次函式。好吧,就從矩形開始吧!問題是這樣的,說有一根長度固定為l的繩子,現在要圍成一個矩形,問:什麼樣的矩形面積才是最大的?

首先,我們要建立數學模型!那麼什麼是矩形呢?它有些什麼性質呢?

初等幾何說:有一個角位直角(90°或者π/2)的平行四邊形,叫做矩形。那麼什麼是平行四邊形呢?

它有些什麼性質呢?幾何又說:兩組對邊分別平行的四邊形,叫做平行四邊形。

其中,平行四邊形有一條重要的性質:平行四邊形的對邊相等。

好了,現在我們對矩形也有一個印象了。簡單來說是一個,四條互相垂直的線段組成的東西。而且我們知道它的面積公式:

s=a*b,由平行四邊形的性質:平行四邊形的對邊相等。可知它的周長公式:

l=2*(a + b)。

有了這些,就可以建模分析了:首先,我們分析l=2*(a + b),經過簡單的變形處理(+、-、*、/)有:b=l/2-a 要注意條件,a是不為0的,即(a>0)。

現在,把b=l/2-a 代入s=a*b就有:s=a*( l/2-a)= -a^2+ (l/2) *a (a>0);這是關於a的一個二次函式,並且a=-1<0,函式s有最大值。

微積分的解法:因為:s= -a^2+ (l/2) *a (a>0),所以s`=-2a+l/2 (a>0)令s`=0有:2a= l/2 所以a= l/4。

所以smax = l/4(l/2- l/4)= l^2/16 max:最大值 b=a= l/4 (此時,矩形為正方形)

也可以用不等式:因為 (a - b)^2≥0,又因(a - b)^2=(a + b)^2-4ab,所以有:(a + b)^2-4ab≥0 即a*b≤(a + b)^2/4 當a=b,去「=」,s有最大值

因為: a + b= l/2,s=a*b 所以:s≤(l/2)^2/4= l^2/16 。

∴正方形的面積大!

再送你一份禮物,周長一樣的三角形哪種三角形面積大

現在,來談一談周長固定三角形面積的問題,說有一根長度固定為l的繩子,現在要圍成一個三角形,問:什麼樣的三角形面積才是最大的?   好像,一般三角形的性質並不多,一個三邊關係定理:

三角形兩邊之和大於第三邊。和一個內角和定理:三角形三個內角的和等於180°。

還有個推論:三角形兩邊之差小於第三邊。   不妨設繩子l,圍成的三角形一邊為x,則另外兩邊之和為l-x 。

根據三邊關係定理有:x

我們何不使用呢?假設x為一個常量,則l-x 也為常量。且x2c。

可以,以2c=x的中點建立座標系,則:a^2= (l-x/2)^2 ,b^2= (l-x/2)^2-(x/2)^2=l(l-2x)/ 。

所以橢圓方程為:x^2/(l-x/2)^2 +y^2/ l(l+2x)/4=1 函式影象的直觀反映

,三角形的面積為:s=(1/2)*( 2c)*y ,因為,x=2c是固定的,所以s取決於y,當y取max時,即y=b時,s有最大值。   即:

s=s(x)max (且此時,該三角形為等要三角形)   =c*[(l^2-2lx)/4]^1/2   =(1/4)*x(l^2-2lx)^1/2 (0

lx/(l^2-2lx)^1/2 =(l^2-2lx)^1/2 ,則lx= l^2-2lx 解之得:x=l/3,且有,x=l/3

smax=max[s(x)max]=(3^1/2)*l^2/36,此模型的思想有點類似變分法,函式的函式(泛函),但還是有本質的差別。   也可以用海**式s=[p(p-a)*(p-b)*(p-c)]^1/2,其中p=(a+b+c)/2 。用不等式來解決!

或者用二元函式的偏導及拉格朗日乘法,來解解決也行。   不要以為,海**式s=[p(p-a)*(p-b)*(p-c)]^1/2 比微積分簡單一些,前提是你必須知道這個公式,而且能夠證明!我就給大家一個證明,這是我在分解因式中,遇到較麻煩的一次!

  要證明海**式s=[p(p-a)*(p-b)*(p-c)]^1/2,首先,要知道餘弦定理:    勾股定理的擴充套件——餘弦定理

a^2=b^2+c^2-2bccosa,   則有:cosa=( b^2+c^2- a^2)/2bc   所以,sina=^1/2   =^1/2   又因為,三角形面積公式:

s=(1/2)*bcsina

=(1/2)*bc*^1/2

=(1/4)* [( a^2+b^2+c^2)^2 – 2( a^4+b^4+c^4)] ^1/2 (與角度a並無直接關係)

又 ∵ [( a^2+b^2+c^2)^2 – 2( a^4+b^4+c^4)

=2a^2b^2+2a^2c^2+2b^2c^2- a^4-b^4-c^4

=b^2c^2+a^2c^2-b^4-a^4+2a^b^2+ a^2c^2+ b^2c^2- c^4

= b^2c^2-2abc^2+a^2c^2-(b^4+a^4-2a^b^2)+ a^2c^2+ b^2c^2+2abc^2- c^4 (配方)

=c^2(b^2-2ab+a^2)-(b^2-a^2)+ c^2(b^2+2ab+a^2)-c^4

= c^2(b-a)^2-[(b+a)(b-a)]^2+ c^2(b+a)^2-c^4

= c^2(b-a)^2-c^4-(b+a)^2(b-a)^2+ c^2(b+a)^2 (分解因式)

= c^2[(b-a)^2-c^2]-(b+a)^2[(b-a)^2-c^2]

= [(b-a)^2-c^2]*[c^2-(b+a)^2] (提公因式)

=-[(b-a)^2-c^2]*[(b+a)^2-c^2]

=[(b+a)^2-c^2]*(-1)* [(b-a)^2-c^2]

=[(b+a)^2-c^2]*(-1)(b-a+c)*(b-a-c)

=[(b+a)^2-c^2]*(b-a+c)*(a+c-b)

=(a+b+c)(a+b-c)(b+c-a)(a+c-b)

∴ s=(1/4)[ (a+b+c)(a+b-c)(b+c-a)(a+c-b)]^1/2

=[(a+b+c)/2 *(a+b-c)/2 * (b+c-a)/2* (a+c-b)/2]^1/2

=^1/2

在令: p=(a+b+c)/2   就得到海**式:s=[p(p-a)*(p-b)*(p-c)]^1/2

有了此公式,在利用不等式,問題就可以解決了。

需要知道的一個不等式:(a+b+c)^3 /27≥abc (a,b,c均為正數,當a=b=c時,取「=」)   ∵ (p-a)*(p-b)*(p-c)≤[3p-(a+b+c)]^3 /27,又∵2p=a+b+c;

∴ (p-a)*(p-b)*(p-c)≤p3 /27   則有:[(p-a)*(p-b)*(p-c)]^1/2≤p(p)^1/2 /3(3)^1/2

所以:p^1/2[(p-a)*(p-b)*(p-c)]^1/2≤p2 /3(3)^1/2   即:s≤(3^1/2 /36) p2,當p-a=p-b=p-c,即,a=b=c時,取「=」s有最大值(3^1/2 /36) l^2

(2006全國卷l理科第11題)用長度分別為2、3、4、5、6(單位:㎝)的5根細棒圍成一個三角形(允許連線,但不許折斷),能夠得到的三角形的最大面積是…… ( b )   a 8*5^1/2 b 6*10^1/2 c 3*55^1/2 d 20

分析:首先,這幾個整數成等差數列,公差為1,它們的和為20。現在,要把這5個數任意的分成3組,然後圍成三角形,最後找出這些三角形中面積最大的一個。

  如果,真的去分組,在統計比較,時間上顯然不夠!這個時候就需要你會建立,數學模型了,並且能夠轉化數學。把離散組合,轉化為連續的數學。

數學家在研究問題時,往往關注一些變中不變的東西,那往往是大規律、大道理,不以人的意志為之轉移,帶有根本性的。把這5個數任意的分成3組,然後圍成三角形。無論怎麼變化,有一條是不變的:

它們的和為20;於是要解決的問題就是:當三角形周長固定時:什麼樣的三角形面積才是最大的?

上面研究過,正三角形的面積最大,並且由

s=s(x)max (且此時,該三角形為等腰三角形)

=(1/4)*x(l^2-2lx)^1/2 (0

20/3≈6.6667,顯然這裡的5個數是組合不成6.6667的,只能退而求其次了,我們發現(猜出來的):

(2+5)、(3+4)、6的組合是最接近正三角形的,所以它的面積最大。經過簡單的計算,就知道結果了:b 6*10^1/2   我們在來做一件事,比較一下週長固定的面積最大的矩形與三角形的面積:

l^2/16與(3^1/2 /36) l2。為了方便比較,把它們換為小數:0.

0625l^2與0.048112522l^2 我們發現四邊形(正方形)的面積要大一些!根據這中經驗,是否可以數學歸納,提出猜想1:

在平面內曲線周長固定時,圓的面積最大!猜想2:在平面內曲線周長固定時,圍成的n邊形中,正n邊形的面積最大!

  事實上,第一個猜想是正確的,不過需要變分法來處理。同樣需要微積分來研究,不過是高等微積分了。

2樓:匿名使用者

周長相同的四邊形:邊長相差越小,它的面積就越大,正方形邊長相同,正方形的面積最大。

所以,同樣周長的長方形和正方形面積不一樣,正方形的面積大。

例如:周長是16釐米的正方形長方形的面積

⑴周長是16釐米的正方形

正方形邊長=16÷4=4(釐米) 面積是: 4×4=16(平方釐米)

⑵ 16釐米的長方形

設:周長是16釐米的長方形

①若長方形寬1釐米,長就是7釐米 則面積是: 7x1=7(平方釐米)

②若長方形寬2釐米,長就是6釐米 則面積是: 6x2=12(平方釐米)

③若長方形寬3釐米,長就是5釐米 則面積是: 5x3=15(平方釐米)

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