体积一定的时候,表面积最小的长方体是正方体,该怎样证明?
你可以把长方体的体积V用它的三个边长abc写出来 。然后,我们再用基本不等式,就可以证明表面积S的最小值在正方体的时候取到 。请看我手下的图片:
文章插图
基本不等式是高中的数学知识,你如果没有学过,那这个题目你不会做的 。
基本不等式说的是,对于一批正数来说,几何平均小于等于算术平均 。当然这个东西是可以严格证明的,不过我们做题目的时候一般从基本不等式开始,直接来解决数学问题 。
你提的这个问题其实不难,难的问题是反过来的:在表面积固定的情况下,体积最大的几何体是球体——这个问题的解决需要用到变分方法,中学生是做不了的 。
你提这个问题,我估计你是初中生,高中学生如果学过基本不等式,应该是能解决这个问题的吧 。
当然了,按照直觉我们也可以猜想出来,答案肯定是正方体的时候表面积最小,因为这是可以从对称性上来考虑的,因为长宽高在几何学上没有什么区别,所以谁也不可能比谁更长——在取到极值的时候 。
其他网友观点
这道题用中学数学即可证明
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设长方体的长宽高分别为a、b、c
则表面积S=2ab+2ac+2bc
体积V=abc=定值
所以表面积S=2V/c+2V/b+2V/a
我们对表面积使用均值不等式
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可以得到:S大于等于6*V^(2/3)
很显然,当表面积S取最小值时,V/a、V/b、V/c三者取等号
即a=b=c,长宽高相等
【体积一定的时候,表面积最小的长方体是正方体,该怎样证明?】此时长方体就是正方体
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