Minimize Fence
1. مسئله را بیان میکنیم:
ما یک مستطیل با طول $x$ و عرض $y$ داریم که مساحت آن $A=320000$ است و میخواهیم مقدار $x$ و $y$ را پیدا کنیم که محیط (Fence) را به حداقل برساند.
2. فرمولهای اصلی:
مساحت: $$x \cdot y = 320000$$
محیط: $$Fence = 2x + y$$
3. از مساحت، $y$ را بر حسب $x$ به دست میآوریم:
$$y = \frac{320000}{x}$$
4. جایگذاری $y$ در فرمول محیط:
$$Fence = 2x + \frac{320000}{x}$$
5. برای پیدا کردن مقدار $x$ که محیط را کمینه میکند، مشتق محیط نسبت به $x$ را محاسبه میکنیم:
$$Fence' = 2 - \frac{320000}{x^2}$$
6. مشتق را برابر صفر قرار میدهیم تا نقاط بحرانی را بیابیم:
$$0 = 2 - \frac{320000}{x^2} \Rightarrow \frac{320000}{x^2} = 2 \Rightarrow x^2 = \frac{320000}{2} = 160000$$
7. مقدار $x$ را محاسبه میکنیم:
$$x = \sqrt{160000} = 400$$
8. مقدار $y$ را با جایگذاری $x=400$ در فرمول مساحت محاسبه میکنیم:
$$y = \frac{320000}{400} = 800$$
9. برای اطمینان از کمینه بودن، مشتق دوم محیط را محاسبه میکنیم:
$$Fence'' = \frac{2 \cdot 320000}{x^3} = \frac{640000}{x^3}$$
با توجه به اینکه $x>0$، مشتق دوم مثبت است و بنابراین نقطه بحرانی کمینه است.
نتیجه نهایی:
طول $x=400$ و عرض $y=800$ است که محیط را به حداقل میرساند.