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108 台灣大學微積分(B) 第 14 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

108學年度 · 108台大微積分B · 第 14 題

題目

Problem

PART 1: Fill in the blanks.

  • Work need not be shown, only answers will be graded.

  • 4 points for each blank and 100 points total.

  • Each answer need to be clearly labeled on the answer sheet.

  • Use of any device with computer algebra system during the exam will result in zero points.

  1. The shortest distance from the origin to the paraboloid z=x2+2y2−364z=\dfrac{x^2+2y^2-36}{4} is (19)‾\underline{\quad(19)\quad}.

解答

解法一

思路

展開

把距離平方寫成 x2,y2x^2,y^2 的函數,並連同邊界一起比較。

答題過程

展開

令 u=x2,v=y2u=x^2,v=y^2,則 u,v≥0u,v\ge0,距離平方為

D2=u+v+(u+2v−36)216.D^2=u+v+\frac{(u+2v-36)^2}{16}.

內部臨界點須同時滿足

1+ rac{u+2v-36}{8}=0,qquad 1+ rac{u+2v-36}{4}=0,

兩式互相矛盾,所以最小值只能在邊界。當 v=0v=0 時,

D^2=u+ rac{(u-36)^2}{16}

的最小值為 3232;當 u=0u=0 時,

D^2=v+ rac{(2v-36)^2}{16} = rac14(v-16)^2+17,

故在 v=16v=16 時取得較小的 D2=17D^2=17。

故最短距離為 17\boxed{\sqrt{17}}。