奇怪|说好的求最大值变成了求最小值

前言

大千世界,无奇不有,明明题目说好的求最大值,到最后却变成了求最小值。看来凡事,总有个例外,不能太绝对了。

探究案例

例1【2020北京人大附中高一试题】如图所示,一条直角走廊宽为(a(a>0))

(1).若位于水平地面上的一根铁棒在此直角走廊内,且(angle BAD= heta),试求铁棒的长(l)

分析:(l=AB+BC=cfrac{a}{sin heta}+cfrac{a}{cos heta})( hetain [0,cfrac{pi}{2}])

(2).若一根铁棒能水平地通过此直角走廊,求此铁棒的最大长度;

分析:由(1).可知,即求(l=l( heta)=cfrac{a}{sin heta}+cfrac{a}{cos heta})( hetain [0,cfrac{pi}{2}])的最大值[一般都这样理解,不过此处有坑];

(l=a imes cfrac{sin heta+cos heta}{sin hetacdotcos heta})( hetain [0,cfrac{pi}{2}])

(t=sin heta+cos heta=sqrt{2}sin( heta+cfrac{pi}{4})in[1, sqrt{2}])

则由((sin heta+cos heta)^2=t^2),解得(sin hetacdotcos heta=cfrac{t^2-1}{2})

(l( heta)=a imes cfrac{t}{frac{t^2-1}{2}}=a imes cfrac{2t}{t^2-1}=2a imes cfrac{1}{t-frac{1}{t}}=f(t))(tin[1, sqrt{2}])

则转化为求(f(t))的最大值,令(g(t)=t-cfrac{1}{t})(g'(t)=1+cfrac{1}{t^2}>0)(tin[1, sqrt{2}])上恒成立,

(f(t)_{max}=f(1) ightarrow +infty),显然不合适了,出了问题;

那么我们结合实际问题想,其实本问题所求的最大值应该转换为函数(f(t))的最小值;

[备注:从铁棒的长度为无穷长逐步缩小,当缩小到一个合适的长度时,此时刚好刚刚水平通过,再从另一个角度,让铁棒的长度从零开始逐步增大,当增大到一个合适的长度时,此时刚好刚刚水平通过,到此,我们艰难的迈过了此题目中的坑];

这样(f(t)_{min}=f(sqrt{2})=2a imes cfrac{1}{sqrt{2}-frac{1}{sqrt{2}}}=2sqrt{2}a)

故铁棒能水平地通过此直角走廊的最大长度为(2sqrt{2}a)

引申:或从形上思考,结合给定的直角走廊的对称性,当( heta=cfrac{pi}{4})时,此时的铁棒的长度即为所求的能顺利通过直角走廊的最大值,也可以计算得到(l_{max}=2sqrt{2}a)

数学游戏

气氛太沉闷严谨,做个数学实验小游戏看看。

下述实验中(l_{max}=2sqrt{2}a),大家动手试试看效果。刚刚的;

下述实验中(l_{max}=2sqrt{2}a+0.5),大家动手试试看效果,已经不能顺利通过了;

(3).如图所示,现有一辆转动灵活的平板车,其平板面是矩形,它的宽(AD=b(0<b<a)),平板车若想顺利通过直角走廊,其长度(l)不能超过多少米?

分析:平板车的长度为(l=cfrac{a}{sin heta}+cfrac{a}{cos heta}-cfrac{b}{ an heta}-b imes an heta)

(=a imes cfrac{sin heta+cos heta}{sin hetacdotcos heta}-b imes cfrac{sin^2 heta+cos^2 heta}{sin hetacdotcos heta})

(=cfrac{a(sin heta+cos heta)-b}{sin hetacdotcos heta})( hetain [0,cfrac{pi}{2}])

(t=sin heta+cos heta=sqrt{2}sin( heta+cfrac{pi}{4})in[1, sqrt{2}])

则由((sin heta+cos heta)^2=t^2),解得(sin hetacdotcos heta=cfrac{t^2-1}{2})

(l=cfrac{at-b}{frac{t^2-1}{2}}=cfrac{2at-2b}{t^2-1}=h(t))(tin[1, sqrt{2}])(0<b<a)

(l=h(t)=cfrac{2at-2a+2a-2b}{t^2-1}=cfrac{2a}{t+1}+cfrac{2a-2b}{t^2-1}) [1]

由于(y=cfrac{2a}{t+1})(tin[1, sqrt{2}])单调递减,(y=cfrac{2a-2b}{t^2-1})(tin[1, sqrt{2}])单调递减,

(l_{min}=h(t)_{min}=h(sqrt{2})=2sqrt{2}a-2b),[此问同样存在最大值与最小值的转化]

故平板车若想顺利通过直角走廊,长度(l)不能超过(2sqrt{2}a-2b)米.


  1. 此处的另一个常用变形,不过在此处并不适用;
    (l=cfrac{2at-2b}{t^2-1}=cfrac{2at}{t^2-1}-cfrac{2b}{t^2-1}=cfrac{2a}{t-frac{1}{t}}-cfrac{2b}{t^2-1})
    此时(y=cfrac{2a}{t-frac{1}{t}})(tin[1, sqrt{2}])单调递减,(y=-cfrac{2b}{t^2-1})(tin[1, sqrt{2}])单调递增,
    故不能判读函数(h(t))(tin[1, sqrt{2}])上的单调性,故采用另一种变形。 ↩︎

原文地址:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/13253416.html