Re: [心得] 台大物理系數學筆試試題

作者: blazestep (曜曜大萌神)   2015-07-17 16:38:04
自宅警備員每天發廢文,在一片算命中寫一下滿有趣的第 3 題 ˊOwOˋ
不過有可能是錯的,畢竟沒有看到解答,請觀者抱持懷疑的態度。
: 3.在空間座標中 座標(x,y,z)同時滿足x^2+y^2-z<0和x+y+z<3
: (1)求交集區域體積
: (2)求交集區域中x+y-z之最大值和最小值
第(1)小題
0.
假設我是正確的,這一題只需要幼幼班等級的導函數基本知識,
就是 y=x^2 繞 y 軸轉一圈的體積這一種,
而它的體積是 pi*(y^2/2),算到這裡微積分的部份就結束惹。
1.x^2+y^2-z<0
x^2 + y^2 = z 的三維直角座標系圖型就是一個拋物線繞 z 軸的旋轉體。
大概長這樣:
http://jiang-yansheng.hxwk.org/files/2012/05/Iron.jpg
(懶的改圖,座標系腦補一下)
2.x+y+z<3
毫無反應,就是 x+y+z=3 這個平面以下的部分。
3.x^2+y^2-z<0 與 x+y+z<3 的交集
如果 x^2+y^2-z<0 長的像一根蘿蔔,它與 x+y+z=3 的交集就是一刀斜劈下去之後,
下面那一半的體積。
為簡化計算,以 x = y 為參考平面。
參考平面大概如右: http://imgur.com/tfVbgSq
正對著參考平面看過去,所看見的 x^2+y^2-z<0 與 x+y+z<3:
http://imgur.com/4fkcafX
其中拋物線為 x^2+y^2-z = 0 ,直線為 x+y+z = 3,而著色的部份則是範圍。
設參考平面橫軸數值為 w,
則拋物線在參考平面上的方程式為 z = w^2
直線則是 (根號2)*w + z = 3 (因為x+y+z=3與z軸及w軸的交點分別是3跟3/(根號2))
到目前為止還算簡單,但所求部分之體積是本題最不直觀的部分。
省略繁雜步驟直接說明結果,
它的體積就是 http://imgur.com/4fkcafX 此圖中的直線與拋物線相減,
所形成之開口向下的拋物線 http://imgur.com/uxqcQaW
沿其對稱線旋轉的旋轉體在 z > 0 部分的體積
利的方程式計算出此拋物線的最高點為 3.5 ,因此套入最初的式子,
旋轉體之體積為 (pi*(3.5)^2)/2 = 6.125 pi (ans)
關於這點解釋要花很多時間,以下題示:
嘗試想像將 http://imgur.com/4fkcafX 圖中交集部分延著 w 軸縱切片
切面的形狀均是一個由開口向上拋物線和水平線所圍成的面積,
且每個切面的面積只與它的高度有關,與拋物線旋轉體一致。
第(2)小題
這題簡單很多。
x+y-z 有極大值或極小值時 x = y,
所以這張圖 http://imgur.com/4fkcafX 又有殘餘利用價值了,極大極小都在上面
圖中的 w 軸是 x 及 y 組成,
其中 w^2 = x^2 + y^2,且 w 的正負號與 x 及 y 相同,因此 x + y = (根號2)*w

x + y - z = (根號2)*w - w^2
極大值:在 w = (根號2)/2 處,x + y - z = 0.5
極小值:最左邊的那個點,要用直線和拋物線的交點去求,不過有點麻煩
    計算機算出來是 -10.3045。
作者: lp33506 (uuuuuuu)   2015-07-17 18:20:00
幫推
作者: robinyu85 (台灣萬歲)   2015-07-17 18:52:00
作者: vovovolibear (vovo熊)   2015-07-17 23:09:00
你確定這是幼稚園等級的導函數?

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