長さ2aの線分ABを
直径とする台形ABCDの面積Sの最大値は?
★希望★完全解答★
長さ2aの線分ABを
直径とする台形ABCDの面積Sの最大値は?
★希望★完全解答★
台形の上底を 2ax (0<x<1) とすると,高さは a\(\sqrt{\quad}\)(1-\(x^{2}\)) となり,
面積は、S(x)=\(\frac{1}{2}\)・a\(\sqrt{\quad}\)(1-\(x^{2}\))(2a+2ax)=\(a^{2}\){x\(\sqrt{\quad}\)(1-\(x^{2}\))+\(\sqrt{\quad}\)(1-\(x^{2}\))}.
微分して,S'(x)=\(a^{2}\)(1-x-2\(x^{2}\))/\(\sqrt{\quad}\)(1-\(x^{2}\))=-\(a^{2}\)(2x-1)(x+1)/\(\sqrt{\quad}\)(1-\(x^{2}\))
よって,x=\(\frac{a}{2}\) のとき S(x)は極大かつ最大となり,最大値は 3\(\sqrt{\quad}\)\(\frac{3}{4}\)・\(a^{2}\).
<別解>
上底の片方の頂点と,半円の中心を結び,下底とのなす角をθ(0°<θ<90°)とする.
上底が 2acosθ,高さが asinθ と表せて,
S(θ)=\(\frac{1}{2}\)・(2acosθ+2a)asinθ=\(a^{2}\){\(\frac{1}{2}\)・sin(2θ)+sinθ}.
微分して,S'(θ)=\(a^{2}\)(2cosθ-1)(cosθ+1)
よって,θ=60°で極大かつ最大となる.
※増減表は省略しました。
(某教科書の例題にあったと思います。余談ですが。)