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  • 在 《数学问题,连接两个点的曲线旋转所成曲面中,面积最小的曲线是什么?》 里 的 讨论

    网友  思维机器 在  反相吧  发了一个 帖 《数学问题,连接两个点的曲线旋转所成曲面中,面积最小的曲线是什么?》   https://tieba.baidu.com/p/7543575658   。

     

    回复 10 楼,   简单的情况,    A B 点 的 y 坐标相同,  那么,   最小面积 解 出现在  AB 线段(一字型) 和 轴为 x 轴 的 工字形 之间,    也就是 线段 AB 和 折线 ACDB  之间  。

     

     

     

    AB 间 距离 记为 AB, AC 长度 记为 R,  EC 长度 记为 r,  AB > 0 ,  R > 0 , R > r ,  r >= 0  。 可以证明, 只要满足  AB > R - r ,  折线 AEFB 的 旋转面积 总可以 小于 线段 AB 的 旋转面积 。  也就是说, 无论 AB 间 的  距离 多小,   总是 可以有 折线  AEFB  旋转的面积 比  线段 AB 旋转 的 面积小 。 

     

    还可以 证明,   当  r = R  -  AB / 2   时,   折线  AEFB 的 旋转面积 取 极值点(极小值),   AEFB 旋转面积 最小  。

    显然,  当  r > 0  时,  E  在  AC 上 ;  当  r = 0  时 ,   E 和 C 重合,   EF 和 CD 重合;    当  r < 0  时,    E 在 AC 的 延长线 上,  这种情况 实际中 也就是 EF 和 CD 重合 ,  此时  AEFB 旋转面积 虽然 不是 极小值,  但是是 最小值  。

     

    第一个 证明 是一个 一元一次不等式,   第二个证明 是 二次函数 求 极值,  不等式 和 二次函数 都是 根据 AEFB 旋转面积 公式 列的,  过程 就不写上来了  。

     

    以上说明,   在  AC 上 存在 一点 E,  E 不和 A 重合,    使得 折线 AEFB 的 旋转面积 最小 。

     

    这是  折线 的 最小解,     曲线 的 最小解 可能 比 折线 的 最小解 大 或 小 或 相等,    这个 是 不确定 的,     需要  数学 上 证明  。

     

    但 从 折线 可以 看到 一些 趋势,    比如  曲线 的 最小解  也 可能 只有 一个  。

     

     

     

    本来想  从 折线 的 状况 推导出 曲线 的一些 状况,   但  严格的说,  似乎行不通  。    从 折线 的 状况 推想出 曲线 的 状况  归根结底 似乎 总是 感性 和  经验  的  。

     

    当然,   由于 时间关系(从 昨天 到 今天),  这个 结论 也是 初步的,   想的 也许 还不透彻, 也许 有很多 没想到,   还要 继续 思考 研究  。

     

     

    我这里 想 证明 的 命题 是 ,   任取一条 折线 AEFB ,   总能 找到(作出) 至少 一条 旋转面积 与之 相等 的  曲线  。   AEFB 和 线段 AB 、折线 ACDB 是否重合,这些细节可以自行决定  。

     

    我希望 仅利用 对 折线 的 分析 来 证明  这个 命题  。

     

    这个 命题 挺重要的 ,    它 能让 我们  很快  的 知道 题目 的 状况 和 曲线 的 性质  。

     

    如果  只 通过 对 折线 的 研究 就能 证明 这个 命题 ,   是 很有意义 的  。

     

    折线,  当然 内容也很多,     但,  如果 只 利用 上面 对 线段 AB 、折线 AEFB 、折线 ACDB 的 分析, 只 利用 这样 的 模型 ,能不能 证明 这个 命题  ?   这本身也是一个 有趣 的 问题 呢  。

     

     

    直接 去套  欧拉-拉格朗日 方程 第二种 形式  是 无聊 和 乏味 的,    欧拉-拉格朗日 方程 封装了 事物 的 变化 和 复杂性,   将 我们 与 事物 的 变化 和 复杂性 隔离开来  。

     

    我们 可以 这样  来  玩,  把 一根皮筋 拴 在 AB 上, 一头   拴 在  A 点, 另一端 拴 在 B 点 ,     从 皮筋 的 中点  向下拉扯  皮筋 ,  皮筋 拉伸 变形  为  曲线,  我们 观察 和 研究 拉伸 过程 中,  随着 皮筋(曲线) 形状  的  变化,    旋转面积  的 大小 如何 变化  ?        我想 也能 看到 由大到小, 又 由小到大   的  过程  。

     

    我们 还可以 控制  对  皮筋 的 拉伸,   使之 呈现 不同 的  形状变化  。

     

    在  数学 上,  我们  可以  添加  一些  函数  把   线段 AB 变成  曲线,   这就是  “拉伸”,    我们  观察 和 研究  各种 拉伸 过程 中  旋转面积  的 大小 变化 和 极值点  。

    看   按  f ( x ) 使 AB 弯曲  的  旋转面积  极小值  和  按  g ( x ) 使 AB 弯曲  的  旋转面积  极小值 ,   哪个 更小 ?

    可以 弄 出 一些 函数  让  AB 弯曲 ,  比如   g1 (x) ,  g2 (x),   g3 (x)  ……  ,   看  这组 函数 中 每个函数 导致 的  旋转面积 变化  和  极小值 ,

    也可以 再弄一组  函数,   比如   f1 (x),  f2 (x) ,  f3 (x)   ……      

    f 组 和 g 组 还可以   团体 比较一下  。

     

    唯一 的 最小解  我们并不稀罕,   我们 更关心  广泛 的  离散种子  的  变化趋势 、生存状况 、 活力 和 生命力  。

     

    可以把  这些  种子 叠加起来,像  级数一样, 也就是 把   g1 (x) ,  g2 (x),   g3 (x)  ……   f1 (x),  f2 (x) ,  f3 (x)   ……     叠加起来, 看 旋转面积  的 变化 和 极值点  又如何 ?

    我们可以 去  任意  的 叠加 它们  。

    可以 给 这些 叠加后 的   (效果) 样本   计算 一个  “方差”,    这样 的 结果  会不会  接近  “唯一 的 最小解”  ?

    哎 ,   这 快变成  概率统计课 了  。

     

    其实  用   n 元函数极值定理 应该 也可以 得到 和  欧拉-拉格朗日 方程 第二种 形式  一样  的 结果,  也就是  那个  唯一的 最小解  。

     

    n 元函数极值定理 见 《二元函数 的 极值点 怎么求 ?》   https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/13022641.html    。

     

     

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/KSongKing/p/15310729.html
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