Examkin

Soru

Zorluk: ZorMaksimum ve Minimum Problemleri

Genişliği 8 metre8\text{ metre} olan bir koridor, genişliği 27 metre27\text{ metre} olan başka bir koridorla dik kesişmektedir. Bu koridorların birleştiği köşeden yatay konumda tutularak geçebilecek en uzun demir borunun boyu kaç metredir? (Borunun kalınlığı ihmal edilecektir.)

  1. A
    3535
  2. B
    151315\sqrt{13}
  3. C
    35235\sqrt{2}
  4. 131313\sqrt{13}Cevap
  5. E
    97136\frac{97\sqrt{13}}{6}

Cevap

Demir borunun geçebileceği maksimum uzunluk 131313\sqrt{13} metredir.
Doğru yanıt olan 131313\sqrt{13} değeri, borunun geçiş geometrisinden elde edilen L(θ)=8csc⁡θ+27sec⁡θL(\theta) = 8\csc\theta + 27\sec\theta fonksiyonunun türevi alınıp minimum noktası hesaplandığında tan⁡θ=23\tan\theta = \frac{2}{3} değeri için doğrulanmaktadır.

Adım Adım Çözüm

1
Koridorların kesişim bölgesini dik koordinat düzlemine yerleştirelim.
Dikey koridorun dış duvarı yy ekseni (x=0x=0), yatay koridorun dış duvarı xx ekseni (y=0y=0) ve iç köşe K(8,27)K(8, 27) noktası olur.
Geometrik problemi analitik yöntemlerle modellemek için koordinat sistemi kurulur.
2
İç köşeden geçen borunun uçlarının eksenlerle yaptığı açıyı θ\theta olarak tanımlayalım ve boru boyunu veren fonksiyonu yazalım.
Borunun dikey koridorda kalan kısmı L1=8sin⁡θL_1 = \frac{8}{\sin\theta} ve yatay koridorda kalan kısmı L2=27cos⁡θL_2 = \frac{27}{\cos\theta} olup, toplam boru boyu L(θ)=8sin⁡θ+27cos⁡θL(\theta) = \frac{8}{\sin\theta} + \frac{27}{\cos\theta} şeklinde bir fonksiyon oluşturur.
Borunun köşeden geçebilmesi için bu uzunluğun alabileceği minimum değeri bulmamız gerekir.
3
Toplam uzunluk fonksiyonunun türevini alıp sıfıra eşitleyerek kritik açıyı belirleyelim.
L′(θ)=−8cos⁡θsin⁡2θ+27sin⁡θcos⁡2θ=0  ⟹  27sin⁡3θ=8cos⁡3θ  ⟹  tan⁡3θ=827  ⟹  tan⁡θ=23L'(\theta) = -\frac{8\cos\theta}{\sin^2\theta} + \frac{27\sin\theta}{\cos^2\theta} = 0 \implies 27\sin^3\theta = 8\cos^3\theta \implies \tan^3\theta = \frac{8}{27} \implies \tan\theta = \frac{2}{3} bulunur.
Fonksiyonun minimum değerine ulaştığı kritik nokta türevin sıfır olduğu yerde oluşur.
4
Elde edilen kritik açının trigonometrik oranlarını boru boyu fonksiyonunda yerine koyalım.
tan⁡θ=23\tan\theta = \frac{2}{3} ise sin⁡θ=213\sin\theta = \frac{2}{\sqrt{13}} ve cos⁡θ=313\cos\theta = \frac{3}{\sqrt{13}} olur. Buradan Lmin=8213+27313=413+913=1313L_{min} = \frac{8}{\frac{2}{\sqrt{13}}} + \frac{27}{\frac{3}{\sqrt{13}}} = 4\sqrt{13} + 9\sqrt{13} = 13\sqrt{13} elde edilir.
Bulunan minimum geçiş uzunluğu, bu virajdan geçebilecek maksimum boru boyuna karşılık gelir.

Anahtar Kavram

Türev yardımıyla trigonometrik maksimum ve minimum problemlerinin çözümü.
Bu soruyu puanla

Konular

Maksimum ve Minimum Problemleri

Bu konudan daha fazla soru