Геометрическая оптимизация

Содержание

Геометрическая оптимизация (Задание 17)

Загон из купленной сетки, коробка из листа жести, бак наименьшего веса, дорога от завода до станции. Свободу выбора здесь даёт ровно один отрезок: сделаешь его длиннее - что-то выиграешь и что-то потеряешь. Задание 17 просит найти ту длину, при которой выигрыш наибольший, и обосновать выбор.

Чем этот сюжет отличается от остальных

В других задачах 17 номера формулу дают прямо в условии: мощность в цепи, амплитуда качки, концентрация препарата. Здесь её нет - целевую функцию надо собрать самому из площадей, объёмов и теоремы Пифагора.

Целевая величина и связь

Задана длина - ищем площадь

Загон с перегородкой: три стороны длины x и две длины y

Задан объём - ищем поверхность

Открытый бак с квадратным дном: объём и площадь поверхности

Расстояния: корень и подобие

Алгоритм

Примеры решения

Пример 1. Загон с перегородкой

Условие: Фермер огораживает прямоугольный загон и делит его перегородкой, параллельной одной из сторон, на два равных участка. Всего есть 180180 м сетки - она идёт и на внешнюю ограду, и на перегородку. Какую наибольшую площадь может иметь загон?

График площади загона: на концах промежутка нули, максимум внутри
Пример 2. Бак наименьшей площади

Условие: Открытый сверху бак имеет форму прямоугольного параллелепипеда с квадратным дном и вмещает 44 литра. Найдите наименьшую возможную площадь его поверхности (дно и четыре стенки). Ответ дайте в квадратных сантиметрах.

Пример 3. Дешевле всего от завода до станции

Условие: Завод AA расположен в 44 км от прямолинейного участка железной дороги; HH - основание перпендикуляра, опущенного из AA на дорогу. Станция BB находится на дороге в 1212 км от HH. Шоссе прокладывают по ломаной A→C→BA \to C \to B, где CC - точка дороги между HH и BB. Километр участка ACAC по полю стоит 55 млн рублей, километр участка CBCB вдоль насыпи - 33 млн рублей. Какова наименьшая возможная стоимость шоссе?

Ломаная трасса от завода к станции через точку C на железной дороге
Пример 4. Прямоугольник, вписанный в треугольник

Условие: В прямоугольный треугольник с катетами 1212 и 99 вписан прямоугольник: две его стороны лежат на катетах, а одна вершина - на гипотенузе. Какова наибольшая возможная площадь такого прямоугольника?

Прямоугольник, вписанный в прямоугольный треугольник с катетами 12 и 9

Частые ошибки

Проверь себя
  1. Участок огораживают с трёх сторон (6060 м сетки), четвёртая - стена. Если xx - сторона, перпендикулярная стене, чему равна площадь?
  2. Открытый сверху бак с квадратным дном стороны xx имеет объём VV. Чему равна площадь его поверхности?
  3. Какова наибольшая площадь прямоугольника, вписанного в прямоугольный треугольник с катетами 1212 и 99 (две стороны лежат на катетах)?