有一块扇形铁板,半径为R,圆心角为60度,从这个扇形中切割下一个内接矩形,即矩形的各个顶点都在扇形

的半径或弧上,求这个内接矩形的最大面积... 的半径或弧上,求这个内接矩形的最大面积 展开
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2013-08-23 · 说的都是干货,快来关注
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如图,存在两种情况

①见左图

设∠BOC=α(0<α<60°)

那么,AD=BC=R*sinα;OB=R*cosα

而,OA/AD=cot60°=√3/3

所以,OA=(√3/3)AD=(√3/3)*R*sinα

则,AB=OB-OA=Rcosα-(√3/3)Rsinα

所以,S矩形ABCD=AB*BC=R*[cosα-(√3/3)sinα]*R*sinα

=R^2*[sinαcosα-(√3/3)sin^2 α]

=R^2*[(1/2)sin2α-(√3/3)*(1-cos2α)/2]

=R^2*[(1/2)sin2α+(√3/6)cosα-(√3/6)]

令f(α)=(1/2)sin2α+(√3/6)cosα=(√3/3)*[(√3/2)sin2α+(1/2)cos2α]

=(√3/3)sin[2α+(π/6)]

所以,当2α+(π/6)=π/2时,f(α)有最大值=√3/3

此时:α=π/6

所以,S有最大值=(√3/6)R^2

②见右图

设OA=2x(0<x<R/2)

由对称性知,OE⊥AD,OE⊥BC

△OAD为等边三角形

所以,AD=BC=2x

那么,CE=x

由勾股定理得:OE=√(R^2-x^2)

而,OF=√3x

所以,EF=OE-OF=√(R^2-x^2)-√3x

所以,S矩形ABCD=AB*BC=EF*BC=[√(R^2-x^2)-√3x]*2x

令x=Rsinθ(θ∈(0,π/6))

则,S矩形ABCD=(Rcosθ-√3Rsinθ)*2Rsinθ

=2R^2*(sinθcosθ-√3sin^2 θ)

=2R^2*[(1/2)sin2θ-(√3/2)(1-cos2θ)]

=2R^2*[sin(2θ+π/3)-(√3/2)]

则,当θ=π/12时,S矩形有最大值=(2-√3)R^2


对照两个结果可以发现,S矩形ABCD的最大值=(√3/6)R^2

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