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109 台灣大學微積分(B) 第 4 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

109學年度 · 109台大微積分B · 第 4 題

題目

Problem

  1. A vertical fence 2 m high is located 1 m away from a wall. The length of the shortest ladder that can extend from the wall over the fence to a point on the ground is (11)‾\underline{\quad(11)\quad}.

解答

解法一

思路

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令梯子接觸地面的位置到籬笆為 x>0x>0。梯子必須恰好掠過籬笆頂端才可能最短;由相似三角形把梯長寫成 xx 的函數後求極小值。

答題過程

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籬笆高 22 公尺,離牆 11 公尺。若地面接點離籬笆為 xx,則其離牆為 x+1x+1。由相似三角形,梯子全長為

L(x)=(1+1x)x2+4.L(x)=\left(1+\frac1x\right)\sqrt{x^2+4}.

微分得

L′(x)=x3−4x2x2+4.L'(x)=\frac{x^3-4}{x^2\sqrt{x^2+4}}.

因此臨界點為 x=43=22/3x=\sqrt[3]4=2^{2/3},且導數在此由負變正,故為最短長度。代回後

(11)=(1+22/3)3/2 m.\boxed{(11)=\big(1+2^{2/3}\big)^{3/2}\text{ m}}.