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在工程应用中,要从圆柱木材上切出截面为矩形的柱体木料,圆柱体截面是直径为2R的圆,矩形内接于圆,问当矩形的长、宽各取多少尺寸时,此矩形周长最长。(要求用拉格朗日乘数法作

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设矩形的长为x,宽为y,则矩形的周长为C=2(x+y)。

由题意可知,矩形内接于圆,即矩形的对角线等于圆的直径,即x²+y²=4R²。

要求矩形周长最长,即要求C的最大值。根据拉格朗日乘数法,设函数f(x,y)=2(x+y),约束条件为g(x,y)=x²+y²-4R²=0,则有:

∇f(x,y)=λ∇g(x,y)

即:

(2,2)=λ(2x,2y)

解得:

x=y=2λ

代入约束条件g(x,y)=x²+y²-4R²=0中,得:

8λ²=4R²

λ=±√(R²/2)

当λ=√(R²/2)时,x=y=2λ=2R,此时C的值最大,为4√2R。

当λ=-√(R²/2)时,x=y=-2λ=-2R,此时C的值最小,为-8R,不符合实际意义。

因此,当矩形的长和宽均为2R时,矩形的周长最长,为4√2R。

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