Citat:
Generatrisen (Eng. Generatrix) är troligen inget centralt begrepp i dagens skolgeometri, inte ens Sv. W.P. gör en anmärkning om den och Eng. WP nämner den kort.Generatrisen kan du tänka på som "tråden" om du hänger en tyngd i en tråd och börjar snurra tyngden i en cirkulär rörelse. Tråden "ritar" upp en yta (den sk. mantelytan) i rummet (luften). Du ser en rel. bra bild här. Glöm den sneda konen (till höger), den är ej aktuell och mycket svårare. Den tunna gula linjen i den vänstra figuren är generatrisen och vi kallar den \(s\).
Notera direkt att från Pythagoras sats har du
\[
s^2=r^2+h^2
\quad\Leftrightarrow\quad
r^2=s^2-h^2.
\]
Vinkeln är klumpigt ritad i figuren, den skall naturligtvis vara vinkelrät.
Volymen av en rak cirkulär kon ges av
\[
V=\frac{1}{3}\pi r^2h.
\]
Ersätt \(r^2\) med uttrycket ovan och du har
\[
V(h)
=\frac{1}{3}\pi (s^2-h^2)h
=\frac{1}{3}\pi (s^2h-h^3), \quad 0<h<s,
\]
där \(s\) är en konstant (i ditt fall 9 cm, men vi räknar allmänt). Notera begränsningen på \(h\)! Varför kan ej \(h\ge s\)?
Ett ev. största värde på \(V(h)\) sker då \(V'(h_0)=0\).
Då
\[
V'(h_0)=0
\quad\Leftrightarrow\quad
\frac{1}{3}\pi (s^2-3h_0^2)=0
\quad\Leftrightarrow\quad
s^2-3h_0^2=0
\quad\Leftrightarrow\quad
h_0=\frac{s}{\sqrt{3}}
\]
(lösningen \(h=-\frac{s}{\sqrt{3}}\) är ej intressant då \(h>0\)) och
\[
V''(h)=\frac{1}{3}\pi (0-6h)<0
\]
för alla \(h\) i intervallet \((0,s)\) är \(h=h_0=\frac{s}{\sqrt{3}}\) en lokal maximipunkt. Notera att \(h_0\) ligger i intervallet \((0,s)\). Gör gärna även en teckenstudie/-tabell.
För \(h=h_0=\frac{s}{\sqrt{3}}\) fås den maximala volymen
\begin{align*}
V_\text{max}
&=V(h_0)
=\frac{1}{3}\pi (s^2h_0-h_0^3)
=\frac{1}{3}\pi \Bigl(s^2\cdot\frac{s}{\sqrt{3}}-\Bigl(\frac{s}{\sqrt{3}}\Bigr)^3\Bigr)
=\frac{1}{3}\pi \Bigl(\frac{s^3}{\sqrt{3}}-\frac{s^3}{3\sqrt{3}}\Bigr)
\\&=\frac{1}{3}\pi\cdot\frac{2}{3}\cdot\frac{s^3}{ \sqrt{3}}
=\frac{2\pi s^3}{9\sqrt{3}}
=\frac{2\sqrt{3}\pi s^3}{27}.
\end{align*}
I ditt fall, \(s=9\) cm, ges den största volymen, mätt i cm^3, av
\[
V_\text{max}
=\frac{2\sqrt{3}\pi s^3}{27}
=\frac{2\sqrt{3}\pi\cdot9^3}{27}
=54\sqrt{3}\pi.
\]
__________________
Senast redigerad av Math-Nerd 2019-11-20 kl. 16:09.
Senast redigerad av Math-Nerd 2019-11-20 kl. 16:09.