用初等数学证明:所有等周长的封闭曲线中圆所围成的面积最大,要证明过程,别用看不懂的高深理论

作者&投稿:厨人奚 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
如何证明周长相同的封闭图形中圆的面积最大如题~

圆面积最大 1.周长为L(常数)的矩形中正方形面积最大. 证明:设矩形长为x,则宽为(L-2x)/2=(L/2-x) 面积y=x*(L/2-x)=-x^2+Lx/2,这个二次函数 在x=L/4时有最大值 ∴矩形长L/4,宽为(L-2x)/2=(L/2-x)=L/4, ∴矩形中正方形面积最大 http://zhidao.baidu.com/question/19315644.html 2.奇妙的证明:周长相等的所有平面图形中,圆的面积最大. 我首先要证明,面积最大的图形满足一个性质:一条平分周长的直线(暂且把它叫做周长平分线),一定也平分面积.因为,如果不平分面积的话,那么我总可以把面积较大的那块翻到另一边去,使得周长不变,而面积增大(如左图,红色曲线围成的面积大于蓝色曲线).好了,接下来,我要再证明面积最大的图形满足第二条性质:周长平分线与曲线的两个交点和曲线上任意一点构成的三角形,必然是直角三角形.因为,如果它不是直角三角形,我可以把他拉伸或压缩一下,使它成为直角三角形,这样新三角形的面积大于原三角形的面积(证明省略,主要使用S=absinθ/2),而图形其他部分面积不变,这样面积就扩大了.因此,面积最大的图形满足上述两条性质,我们就不难推出它是圆了

(1)设长为xm,宽为(50-x)m,则S=x?(50-x)=-(x-25)2+625,所以当每条边长为25m时,才能使长方形鸡场的面积最大;(2)正五边形鸡场面积更大;对于事实2,我们给出下述证明:如图1、2,设正n边形A1A2An与正(n+1)边形A1A2An+1的周长相等,下面我们证明SA1A2…An<SA1A2…An+1.在边A1A2上任取一点(异于点A1、A2),这样我们可以把A1A2An看成是(n+1)边形A1CA2An,但它显然不是正(n+1)边形,它的周长与正(n+1)边形A1A2An+1的周长相等,根据事实1,SA1CA2…An<SA1A2…An+1,即SA1A2…An<SA1A2…An+1.所以,等周长n边形的面积,当边数n越大时,其面积也越大;(3)在周长相同的情况下,曲线围成正多边形面积较大;正多边形的边数越大,图形越接近于圆,面积也越大,当边数无限增大时,正多边形无限地接近于圆,面积越来越接近于一个固定的值,这个值就是所围成的圆的面积;(4)他讲的有道理.设宽为xm,长为(100-2x)m,则S=x?(100-2x)=-2(x-25)2+1250,所以当长为宽的2倍时,才能使长方形鸡场的面积最大.有更好的方法:如图4,如果将图1中的点A、D分别向外移动.那么ABCD仍然是四边形,而将四边形沿墙反射过来,这样就得到一个新的封闭六边形BCDC′B′A,它的周长等于原篱笆长度的两倍.所以当六边形BCDC′B′A为正六边形,即AB=BC=CD,且∠BAD=∠CDA=60°,∠ABC=∠DCB=120°时,六边形BCDC′B′A的面积最大.因而其一半即四边形ABCD的面积也最大.由于周长相等,因此图4中正六边形BCDC′B′A的面积大于图3中正方形BCC′B′的面积,所以图4中四边形ABCD的面积大于图3中四边形ABCD的面积.

用下面这个结论:在给定两边长度的所有三角形中,当这两边垂直时的三角形具有最大的面积。方法是反证法,首先设给定的周长是L,则在周长是L的所有闭曲线中所围面积最大的曲线一定是凸曲线,若不然,根据凸曲线的定义,那么可以在这条曲线找到两点,使得这两点的连线在这曲线所围区域以外,因此如果将这两点间的那段曲线沿这连线对称,那么所得的图形与原来的图形有相同的周长,然而面积要比原图形大,因此周长是L的所有闭曲线中所围面积最大的曲线一定是凸曲线;其次,若一条直线将这凸曲线分成周长相等的两部分,那么这两部分的面积也相等,假设这两部分面积不相等,那么把面积较大的那部分沿这直线对称,所得图形与原来的图形有相同的周长,然而面积要比原图形大,矛盾,所以结论成立;最后,这凸曲线一定是一个圆周,如果不是圆周,那么在圆周上存在一点,使得连接这点和等分该曲线周长的直线与该曲线的交点所组成的三角形不是直角三角形,利用上面的那结论,可以调整这个三角形成为直角三角形,从而调整后的图形比原图形有更大的面积。综上这三点,就有所有等周长的闭曲线中圆所围的面积最大。

最明显,最简单的方法就是归纳。基本上所有复杂的定理首先都是通过归纳证明的。 可以算出在边长相等的三角形里,等边三角形的面积最大,同样也可以算出等边长情况下四边形的面积大于三边形,五边形的面积大于四面形,归纳后可以知道等边长情况下边数越多面积越大,边长相等时面积最大。圆可以看成无数条边长相等的边组成,所以圆是面积最大的。


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金昌市19855746772: 证明在所有周长相同的封闭图形中,圆的面积最大.= =我的问题不光是问·是不是大学数学.关键是·麻烦帮我证明一下按 -
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闾详永适: 周长为a,求去所要比较的半径或边长.然后在用面积公式求起所比较的所有的面积比较大小.

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闾详永适:[答案] 、 圆面积最大 1.周长为L(常数)的矩形中正方形面积最大. 证明:设矩形长为x,则宽为(L-2x)/2=(L/2-x) 面积y=x*(L/2-x)=-x^2+Lx/2,这个二次函数 在x=L/4时有最大值 ∴矩形长L/4,宽为(L-2x)/2=(L/2-x)=L/4, ∴矩形中正方...

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