一个扇形的半径为 rr cm,角为 θ\theta 弧度。该扇形的面积为 A cm2A\text{ cm}^2,周长为固定值 kk cm。

  1. (i)

    证明 dAdr=k2−2r\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{k}{2} - 2r。

  2. (ii)

    已知 rr 以 k10 cm s−1\frac{k}{10}\text{ cm s}^{-1} 的恒定速率增加,当扇形的弧长等于半径时,求 AA 的变化率(用 kk 表示)。

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的

完整解法

1(i)

1. Formulate equations for the perimeter and area of the sector.

The fixed perimeter kk of the sector is the sum of its two radii and the arc length (rθr\theta):
k=2r+rθk = 2r + r\theta

The area AA of the sector is given by:
A=12r2θA = \frac{1}{2}r^2\theta

2. Express the area $A$ purely in terms of $r$ and the constant $k$.

From the perimeter equation, we can isolate the arc length rθr\theta:
rθ=k−2rr\theta = k - 2r

Substitute this expression into the area equation to eliminate θ\theta:
A=12r(rθ)A = \frac{1}{2}r(r\theta)
A=12r(k−2r)A = \frac{1}{2}r(k - 2r)
A=k2r−r2A = \frac{k}{2}r - r^2

3. Differentiate $A$ with respect to $r$ to show the given result.

Differentiating both sides with respect to rr (treating kk as a constant):
dAdr=ddr(k2r−r2)\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{\text{d}}{\text{d}r} \left( \frac{k}{2}r - r^2 \right)
dAdr=k2−2r\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{k}{2} - 2r

答案

dAdr=k2−2r\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{k}{2} - 2r (Shown)

1(ii)

1. Find the value of $r$ in terms of $k$ when the arc length equals the radius.

Let the arc length be ss.
We are given that s=rs = r.
The perimeter of the sector is k=2r+sk = 2r + s.
Substituting s=rs = r:
k=2r+r=3rk = 2r + r = 3r
r=k3r = \frac{k}{3}

2. Evaluate $\frac{\text{d}A}{\text{d}r}$ at this specific value of $r$.

From part (i), we have dAdr=k2−2r\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{k}{2} - 2r.
Substitute r=k3r = \frac{k}{3}:
dAdr=k2−2(k3)\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{k}{2} - 2\left(\frac{k}{3}\right)
dAdr=3k6−4k6=−k6\frac{\text{d}A}{\text{d}r} = \frac{3k}{6} - \frac{4k}{6} = -\frac{k}{6}

3. Apply the chain rule to find the rate of change of the area, $\frac{\text{d}A}{\text{d}t}$.

Using the chain rule for connected rates of change:
dAdt=dAdr×drdt\frac{\text{d}A}{\text{d}t} = \frac{\text{d}A}{\text{d}r} \times \frac{\text{d}r}{\text{d}t}
We are given that drdt=k10\frac{\text{d}r}{\text{d}t} = \frac{k}{10}.
dAdt=(−k6)×(k10)=−k260\frac{\text{d}A}{\text{d}t} = \left(-\frac{k}{6}\right) \times \left(\frac{k}{10}\right) = -\frac{k^2}{60}

答案

−k260 cm2 s−1-\frac{k^2}{60}\text{ cm}^2\text{ s}^{-1}

AI 分析,可能出错

用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。

同一知识点的其他题

  1. 1一家钻探公司计划在山中铺设一条直管道 ABAB。点 (x,y,z)(x, y, z) 是相对于山脚下坐标为 (0,0,0)(0, 0, 0) 的主控制中心定义的,其中单位为米。xx 轴指向东,yy 轴指向北,zz 轴垂直向上。点 AA 的坐标为 (−200,150,10)(-200, 150, 10)…
  2. 2NJC JC1 Promo 9758/2019/Q6 一个容器是通过从一个半顶角为 α\alpha 的大圆锥中切去一个半径为 5 m 的小圆锥而制成的,其中 tan⁡α=0.5\tan\alpha = 0.5。水以 kh m3 per minutek\sqrt{h}\ \mathrm{m^{3}\ per\ minute}…
  3. 3[球体的表面积和体积分别由 4πr24\pi r^2 和 43πr3\dfrac{4}{3}\pi r^3 给出。] 一位预算固定为 $k 的水族爱好者想要建造一个金鱼避难所(鱼缸)。他设计的鱼缸包括一个圆形顶盖、一个长度为 LL cm 的圆柱体…
  4. 4图 1 展示了一张卡片 ABCDABCD,它是一个边长为 aa cm 的菱形。该卡片由两个完全相同的等边三角形 ABDABD 和 CBDCBD 组成。从每个角剪掉筝形,得到图 2 所示的形状。将图 2 中剩余的卡片沿虚线折叠,形成一个高为 xx…
  5. 5如图所示,一个 V 形水箱的尺寸为 L=4 mL = 4\text{ m},W=0.6 mW = 0.6\text{ m},H=0.7 mH = 0.7\text{ m}。水箱最初是空的。水以 0.0025 m3/s0.0025\text{ m}^3/\text{s} 的速率被泵入水…