Re: [心得] 台大物理系数学笔试试题

楼主: blazestep (曜曜大萌神)   2015-07-17 16:38:04
自宅警备员每天发废文,在一片算命中写一下满有趣的第 3 题 ˊOwOˋ
不过有可能是错的,毕竟没有看到解答,请观者抱持怀疑的态度。
: 3.在空间座标中 座标(x,y,z)同时满足x^2+y^2-z<0和x+y+z<3
: (1)求交集区域体积
: (2)求交集区域中x+y-z之最大值和最小值
第(1)小题
0.
假设我是正确的,这一题只需要幼幼班等级的导函数基本知识,
就是 y=x^2 绕 y 轴转一圈的体积这一种,
而它的体积是 pi*(y^2/2),算到这里微积分的部份就结束惹。
1.x^2+y^2-z<0
x^2 + y^2 = z 的三维直角座标系图型就是一个抛物线绕 z 轴的旋转体。
大概长这样:
http://jiang-yansheng.hxwk.org/files/2012/05/Iron.jpg
(懒的改图,座标系脑补一下)
2.x+y+z<3
毫无反应,就是 x+y+z=3 这个平面以下的部分。
3.x^2+y^2-z<0 与 x+y+z<3 的交集
如果 x^2+y^2-z<0 长的像一根萝卜,它与 x+y+z=3 的交集就是一刀斜劈下去之后,
下面那一半的体积。
为简化计算,以 x = y 为参考平面。
参考平面大概如右: http://imgur.com/tfVbgSq
正对着参考平面看过去,所看见的 x^2+y^2-z<0 与 x+y+z<3:
http://imgur.com/4fkcafX
其中抛物线为 x^2+y^2-z = 0 ,直线为 x+y+z = 3,而着色的部份则是范围。
设参考平面横轴数值为 w,
则抛物线在参考平面上的方程式为 z = w^2
直线则是 (根号2)*w + z = 3 (因为x+y+z=3与z轴及w轴的交点分别是3跟3/(根号2))
到目前为止还算简单,但所求部分之体积是本题最不直观的部分。
省略繁杂步骤直接说明结果,
它的体积就是 http://imgur.com/4fkcafX 此图中的直线与抛物线相减,
所形成之开口向下的抛物线 http://imgur.com/uxqcQaW
沿其对称线旋转的旋转体在 z > 0 部分的体积
利的方程式计算出此抛物线的最高点为 3.5 ,因此套入最初的式子,
旋转体之体积为 (pi*(3.5)^2)/2 = 6.125 pi (ans)
关于这点解释要花很多时间,以下题示:
尝试想像将 http://imgur.com/4fkcafX 图中交集部分延著 w 轴纵切片
切面的形状均是一个由开口向上抛物线和水平线所围成的面积,
且每个切面的面积只与它的高度有关,与抛物线旋转体一致。
第(2)小题
这题简单很多。
x+y-z 有极大值或极小值时 x = y,
所以这张图 http://imgur.com/4fkcafX 又有残余利用价值了,极大极小都在上面
图中的 w 轴是 x 及 y 组成,
其中 w^2 = x^2 + y^2,且 w 的正负号与 x 及 y 相同,因此 x + y = (根号2)*w

x + y - z = (根号2)*w - w^2
极大值:在 w = (根号2)/2 处,x + y - z = 0.5
极小值:最左边的那个点,要用直线和抛物线的交点去求,不过有点麻烦
    计算机算出来是 -10.3045。
作者: lp33506 (uuuuuuu)   2015-07-17 18:20:00
帮推
作者: robinyu85 (台湾万岁)   2015-07-17 18:52:00
作者: vovovolibear (vovo熊)   2015-07-17 23:09:00
你确定这是幼稚园等级的导函数?

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