求在圆锥面z=√(x²+y²)与平面z=1所围成的区域内,各面平行于坐标面的最大长方体体积
时间: 2024-03-29 12:42:05 浏览: 190
首先,我们可以画出圆锥面 $z=\sqrt{x^2+y^2}$ 和平面 $z=1$ 的交线在 $xy$ 平面上的图形:
![image](https://i.imgur.com/5zEXE9g.png)
可以看出,该图形是一个半径为 $1$ 的圆。
同时,我们可以发现,在该区域内,各面平行于坐标面的最大长方体的一个顶点必然在圆锥面上,且这个点到平面 $z=1$ 的距离为 $1$。
因此,我们可以设该长方体的顶点为 $(r\cos\theta, r\sin\theta, \sqrt{r^2})$,其中 $0\leq r\leq 1$,$0\leq\theta<2\pi$。
根据题意,该长方体的体积为 $V=r^2\sqrt{r^2}$。
要求最大体积,可以对 $V$ 进行求导:
$$
\begin{aligned}
\frac{\mathrm{d}V}{\mathrm{d}r}&=2r\sqrt{r^2}+r^2\cdot\frac{1}{2\sqrt{r^2}}\cdot 2r\\
&=3r\sqrt{r^2}
\end{aligned}
$$
令其为 $0$,解得 $r=\frac{\sqrt{3}}{3}$。因此,该长方体的最大体积为 $V=\left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right)^2\cdot\sqrt{\left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right)^2}=\frac{\sqrt{3}}{9}$。
因此,在圆锥面 $z=\sqrt{x^2+y^2}$ 与平面 $z=1$ 所围成的区域内,各面平行于坐标面的最大长方体的体积为 $\frac{\sqrt{3}}{9}$。
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