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【趣味數(shù)學(xué)題】最大張角問題

2021-11-04 09:42 作者:AoiSTZ23  | 我要投稿

鄭濤(Tao Steven Zheng)著

【問題】

這個(gè)問題最早是由中世紀(jì)晚期的德國(guó)天文學(xué)家約翰·穆勒·馮·克尼斯伯格(Johannes Müller von K?nigsberg,1436 年 - 1476 年)[1] 提出并解答的問題。

[1] 約翰·穆勒·馮·克尼斯伯格的拉丁名字是雷格蒙塔努斯(Regiomontanus)。

圖1

根據(jù)圖1,如果高度 ab 是給定的常數(shù),那么一個(gè)人應(yīng)該站在什么距離 x 可視角 %5Ctheta 為最大?用微積分解決這個(gè)問題。

雷格蒙塔努斯沒有用微積分來解這個(gè)問題!

【題解】

如圖1,考慮三個(gè)角度 %5Calpha、 %5Cbeta%5Ctheta%20%3D%20%5Calpha%20-%20%5Cbeta%20。根據(jù)題意,

%5Ctan%7B%5Calpha%7D%20%3D%20%5Cfrac%7Bb%7D%7Bx%7D%20

%5Ctan%7B%5Cbeta%7D%20%3D%20%5Cfrac%7Ba%7D%7Bx%7D

因此,

%5Ctheta%20%3D%20%5Carctan%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Bb%7D%7Bx%7D%5Cright)%7D%20-%20%5Carctan%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%7D%7Bx%7D%5Cright)%7D%20

%5Ctheta 對(duì)于 x 的導(dǎo)函數(shù):

%5Cfrac%7Bd%5Ctheta%7D%7Bdx%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B1%7D%7B1%2B%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Bb%7D%7Bx%7D%20%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%7D%20%5Ccdot%20%5Cfrac%7B-b%7D%7Bx%5E2%7D%20-%20%5Cfrac%7B1%7D%7B1%2B%7B%5Cleft(%5Cfrac%7Ba%7D%7Bx%7D%20%5Cright)%7D%5E%7B2%7D%7D%20%5Ccdot%20%5Cfrac%7B-a%7D%7Bx%5E2%7D%20

%5Cfrac%7Bd%5Ctheta%7D%7Bdx%7D%20%3D%20%5Cfrac%7B-b%7D%7Bx%5E2%2Bb%5E2%7D%20%2B%20%5Cfrac%7Ba%7D%7Bx%5E2%2Ba%5E2%7D

設(shè) %5Cfrac%7Bd%5Ctheta%7D%7Bdx%7D%20%3D%200,然后解 x

0%20%3D%20%5Cfrac%7B-b%5Cleft(x%5E2%2Ba%5E2%5Cright)%20%2B%20a%5Cleft(x%5E2%2Bb%5E2%5Cright)%7D%7B%5Cleft(x%5E2%2Ba%5E2%5Cright)%20%5Cleft(x%5E2%2Bb%5E2%5Cright)%7D

0%20%3D%20-bx%5E2%20-%20a%5E2%20b%20%2B%20ax%5E2%20%2B%20ab%5E2%20

%20(b%20-%20a)x%5E2%20%3D%20ab%5E2%20-%20a%5E2%20b%20

(b%20-%20a)x%5E2%20%3D%20ab(b-a)

x%5E2%20%3D%20ab

%20x%20%3D%20%5Cpm%20%5Csqrt%7Bab%7D

正平方根是這個(gè)問題的正確答案。

x%20%3D%20%5Csqrt%7Bab%7D%20






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