【深度学习导数回顾】滑竿问题--导数求极值--星形线

这里通过滑竿问题来回顾导数和求曲线极值的方法

 

一个长度为L的木杆,从墙角慢慢滑下,所划过的面积边缘会是一条曲线,这是怎样的曲线呢?

 

 

解决了这个问题,即可解决通过拐角的最长木杆长度。

这个问题扩展到3维立体空间后,可以解决一些现实问题,比如一个拐角通道可以通过多长的梯子,

楼梯中可以搬运多长的沙发等等。

 

这里,我们还是从最基本的滑竿问题看起

 

 

很容易写成直线方程

 

y = -b/a   * x + b 

 

a^2 + b^2 = L^2

 

令 a = L * sin t, b = L *  cos t

y =( -cost/sint  ) * X + L * cos t

 

当X为一个固定值时,t为自变量,求y的极大值,假设 X = k * L ,    0 < k < 1

y = ( -cost/sint  ) * k * L + L * cos t

y = L ( ( -cost/sint  ) * k  + cos t )

 

f(t) = ( -cost/sint  ) * k  + cos t

求 f(t)的极大值,这里画出k为0.5的大致图形,可以看出,存在极大值,

这里采用求导的方法来计算出极大值,

取极大值时,曲线对应的导数值为0,有

 

k * 1/(sin t) ^2 - sin t = 0,

k = (sin t)^3

 

代入f(t), 可求得

f(t)max = -cost * (sin t) ^2 + cos t = cos t * (-(sin t) ^2 + 1 ) = cos t * (cos t)^2 

           = (cos t)^3

 

所以

x = (sin t)^3 * L

y = (cos t)^3 * L

 

0 < t < π / 2

 

使用python作图

 

# coding: utf-8

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

 

# 生成数据

t = np.arange(0, 10, 0.01)

#x = np.sin(t) **3

#y = np.cos(t) **3

 

x = np.sin(t) ** 3

y = np.cos(t) ** 3

 

# 绘制图形

plt.plot(x, y)

plt.show()

 

这种曲线有人研究过么?

搜索 数学曲线,发现这种曲线竟然就是 星形线

 

老伯(努利)在200年前已经研究过了

伯努利:小子,等你200年了

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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