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我们来解决一个经典的几何优化问题:用16米的篱笆围成长方形或正方形,怎样围面积最大?这是一个在固定周长条件下求最大面积的问题。我们需要比较不同形状的面积,找出最优解。
让我们分析数学原理。在周长固定的情况下,所有长方形中正方形的面积最大。比如周长都是16米时,6乘2的长方形面积是12平方米,5乘3的长方形面积是15平方米,而4乘4的正方形面积是16平方米,这是最大的。
现在我们来详细计算。首先确定周长为16米。由于正方形四条边相等,所以边长等于周长除以4,即16除以4等于4米。因此最大面积等于4乘以4,等于16平方米。这就是用16米篱笆能围成的最大面积。
让我们练习两道类似的题目。题目1:20米篱笆围成长方形或正方形,怎么围面积最大?答案是围成边长为5米的正方形,面积为25平方米。题目2:12米篱笆围成长方形或正方形,怎么围面积最大?答案是围成边长为3米的正方形,面积为9平方米。解题方法都是用周长除以4得到边长。
总结一下解题规律:在周长固定的条件下,正方形面积最大。通用公式是边长等于周长除以4,最大面积等于边长的平方。我们验证了三个实例:16米篱笆围成4米边长正方形,面积16平方米;20米篱笆围成5米边长正方形,面积25平方米;12米篱笆围成3米边长正方形,面积9平方米。这个规律适用于所有固定周长的围栏问题。