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Applications of Differentiation

Pipe Length Around a Corner

Description

Pipe length around a corner is a classic constrained optimization problem. It shows how calculus can find a maximum or minimum value when space is limited by fixed walls and angles.

The example used here asks for the longest horizontal pipe that can move around a right-angled turn. One hallway is...

Transcript

一个优化问题的实际例子是:确定在不垂直倾斜的情况下,能够绕过由一条3米宽的走廊和一条2米宽的走廊形成的直角拐角的杆子的最大长度。

为了解决这个问题,可以想象一条线段穿过内角并触及外侧墙壁。该线段表示在特定角度下的可用 Clearance。

该长度 L 可分解为两个分量 L1​ 和 L2,这两个分量可用走廊宽度以及角度的正弦和余弦表示。

尽管目标是找到最大长度,但该长度受限于转弯处最狭窄的部分。

因此,对长度函数求导以找到斜率为零的位置,从而确定作为杆件通过瓶颈的最小净空。

可以通过将正割和余割项重写为正弦和余弦来求解所得方程。接着,将各项重新排列至方程的两侧,使正弦和余弦项分别归组,从而得到一个包含正切立方的简化表达式。