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椭圆x²/16+y²/15=1里矩形最长周长计算详细过程

时间:2026-04-04 09:56:29

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:

m²/16+n²/15=1,

设m=4sint,n=√15cost,t∈[0,π/2],

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2、代入周长表达式知:

C=4(4sint+√15cost)

=4*√31 [(4/√31)sint+(√15/√31)cost]

=4*√31sin(t+φ),其中tanφ=√15/16.

可知当sin(t+φ)=1时,周长有最大值,即:

Cmax=4*√31.

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3、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)²/16+n²/15=1,

15(C/4-n)²+16n²=240,

16*31n²-120Cn+15C²+16*16*n²-16*240=0,

看成为n的二次方程,由判别式知:

(120C)²-4*16*31(15C²-16*240)≥0,即:

C²≤16*31,可知Cmax=4*√31.

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4、方法三:多元函数法

设F(m,n)=4(m+n)- λ(m²/16+n²/15-1),

分别求F对m,n,λ的偏导数为:

Fx=4-2mλ/16,Fy=4-2nλ/15,

Fλ= m²/16+n²/15-1。

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5、令Fx=Fy=Fλ=0,则m/16=n/15,

代入m²/16+n²/15-1=0,则:

m=16/√31,n=15/√31;则

周长Cmax

=4*(16/√31+15/√31)

=4*√31。

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