בעיות מינימום מקסימום - מבגרות 5 יחידות מתמטיקה קיץ 2009

שאלה

נתון משולש שאחת מצלעותיו היא 10 ס"מ, וגובה המשולש לצלע זו הוא 5 ס"מ. (המשולש אינו קהה-זווית) 
א. מבין כל המשולשים שהם כאלה, מצא את צלעות המשולש שהיקפו מינימלי.
ב. מה הן תכונות המשולש שאת צלעותיו מצאת בסעיף א׳ ?

פתרון

א. חישוב צלעות המשולש שהיקפו מינימלי

נשרטט את המשולש עם סימולי נקודות וצלעות וגובה:
משולש בסיס 10 גובה 5
נתון צלע BC = 10 , וגובה AO = 5.

נסמן CO = x

לפי משפט פיתגורס במשולשים ABO , ACO :
AC² = 5² + x²

AB² = 5² + (10-x)²

היקף p של משולש ABC כפונקציה של x:
sqrt - סימול שורש ריבועי.
p(x) = 10 + sqrt[5² + x²) + sqrt(5² + (10-x)²]


dp/dx = (1/2) ᐧ 2x / sqrt(5² + x²)  + (1/2) ᐧ 2(x-10) / sqrt(5² + (10-x)²))


משווים את הנגזרת של p לפי x  למציאת עבור אילו ערכי x נקבל ערך קיצון של  p:
dp / dx = 0

(1/2) ᐧ 2x / sqrt(5² + x²)  + (1/2) ᐧ 2(x-10) / sqrt[5² + (10-x)²)] = 0
ניתן לראות כי המשוואה מקבלת ערך 0 עבור x = 5.

ניתן לראות על פי גרף ההיקף כי כל ערך שנציב מכל x = 5 נקבל היקף גדול יותר.



לכן ההיקף הוא מינימלי עבור   x = 5


AC² = 5² + x²

AB² = 5² + (10 - x)²
 נציב x = 5:
AC = AB = 5  √2
BC = 10 - נתון

BO = BC - OC = BC - x = 10 - 5 = 5

ב. תכונות משולש ABC

הוכחנו בסעיף א כי AC = AB = 5  √2 , לכן המשולש הוא שווה שוקיים.
בדיקה מעלה כי:
AB² + AC² = (5 ᐧ √2)² +  (5 ᐧ √2)²  = 100  = 10² = BC²
כלומר:
AB² + AC² = BC²
מכאן שזווית BAC זווית ישרה על פי משפט פיתגורס ההפוך.

לכן משולש ABC הוא משולש שווה שוקיים וישר זווית.

 

אין תגובות:

הוסף רשומת תגובה