V=πr²h+1/3π(R²+r²+rR)H ,S=π(r²+R²)+2πRh+(R+r)π√((r-R)^2+H²)求解
时间: 2023-09-07 10:12:59 浏览: 193
根据题目中的公式,V和S分别表示为:
V = πr²h + 1/3π(R²+r²+rR)H
S = π(r²+R²) + 2πRh + (R+r)π√((r-R)²+H²)
其中,h、H、r、R是未知量。
我们可以将V中的r表示为:
r = √(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)
将V中的R表示为:
R = √((3V - πr²h)/π(1/3(r²+rR)+h))
将上述r和R的表达式代入S的公式中,得到:
S = π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)² + √((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h))²) + 2π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))h + (R+√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))π√((√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh) - √((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h)))² + H²)
上述式子中只有h和H是未知量,我们可以利用数值计算的方法求解。我们可以将上述式子看做一个关于h和H的函数,利用数值计算的方法求解其最小值。以下是求解过程:
1. 首先,选取一个初始点(h0, H0),假设(h0, H0) = (1, 1)。
2. 利用梯度下降法或牛顿法等方法,求解出函数的梯度。
∂S/∂h = π(2√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh) - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh(2√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))/(π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²+π((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h))²)+2π√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh) - (R+√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))π(1/2(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh) - √((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h))²(1/2(-V/πh² + (1/3(R²+r²+rR)H)/πh²)/(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)))+(R+√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))π(1/2(-V/πh² + (1/3(R²+r²+rR)H)/πh²)/(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)) - (3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h)²(1/2(V/πh² - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh²)/(√((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h)) + H
∂S/∂H = π(2√((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h)) - (R+√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))π(1/2(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh) - √((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h))²(π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²+π((3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π(1/3(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)²+√(3V - π(√(V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh))²h)/π)+h))² - (R+r)√((V/πh - (1/3(R²+r²+rR)H)/πh)² + H²)/H
3. 利用梯度和初始点,求解下一个点的位置(h1, H1)。
(h1, H1) = (h0, H0) - λ(∂S/∂h, ∂S/∂H)
其中,λ是步长,需要通过试错方法选取。我们可以从λ=0.01开始尝试。
4. 判断新点和旧点之间的距离是否足够小,如果小于预设的阈值,则停止迭代,输出当前点的位置(h, H)作为最优解。否则,将新点作为初始点,回到步骤2。
通过上述数值计算的方法,我们可以求解出未知量h和H之间的关系。然后,利用V的公式中的r和R的表达式,可以求解出未知量r和R的值。
阅读全文