Encontrar el área mínima de una elipse que pueden pack de tres unidades círculos de tal forma que las tres tocar la elipse internamente:
Tomé un punto H, como se muestra en el diagrama y se utiliza el hecho de que el radio del círculo es 1, y que el círculo toca la elipse en el punto H. estoy consiguiendo cuatro ecuaciones para cinco incógnitas, lo que significa que puede derivar una relación entre a y b de la elipse y un cálculo de minimizar el área. Pero esas ecuaciones son tediosos para resolver e incluso después de horas, yo no soy capaz de resolver.
¿Hay alguna manera más sencilla de solucionar esto?
Aquí están las ecuaciones que tengo:
Respuestas
¿Demasiados anuncios?Si decidimos de coordenadas como en el dibujo: A=(−2sinθ,0);B=(0,−2cosθ);C=(2sinθ,0); entonces la tangente a la elipse debe estar centrada en (0,0) e tienen b=1+2cosθ como y semi-eje. Por lo tanto su ecuación es: {x^2\más de un^2}+{y^2\(1+2\cos\theta)^2}=1, donde el desconocido semi-eje a debe ser determinado de forma que la elipse toca círculo de C. Para encontrar a podemos pareja la ecuación de la elipse que de círculo C: (x-2\sin\theta)^2+y^2=1 y, a continuación, enchufe y^2=1-(x-2\sin\theta)^2 en la elipse de ecuación. El resultado ecuación de segundo grado en x debe tener fuga discriminante, lo que conduce a: a={1+2\cos\theta\\sqrt{\cos\theta}}. Sabiendo que los dos semi-ejes a e b como una función de la \theta puede encontrar por sí mismo el valor mínimo de la zona, que se produce por \cos\theta=1/6.
EDIT.
El método anterior para encontrar a funciona siempre como puntos de tangencia y\ne0, que es para \theta>\theta_0, \theta_0\approx69.65°. Para pequeños valores de \theta usted consigue simplemente a=1+2\sin\theta, pero se puede comprobar que los puntos suspensivos tienen mayor área.
Permítanme tratar de ayudar con el análisis discriminante.
Empezar con \frac{x^2}{a^2}+ \frac{y^2}{(1+2\cosθ)^2}=1
Poner y^2=1−(x−2 \sinθ)^2
Así que la ecuación se convierte en \frac{x^2}{a^2}+ \frac{1−(x−2 \sinθ)^2}{(1+2\cosθ)^2}=1
Comparar con el estándar de la ecuación cuadrática px^2 + qx + r = 0. Si el discriminante es cero, entonces las raíces son iguales y q^2 = 4pr
Aquí, p = \frac{1}{a^2} - \frac{1}{(1+2 \cos θ)^2} q = \frac{4 \sin θ}{(1+2 \cos θ)^2} r = \frac{1- 4 \sin^2 θ}{(1+2 \cos θ)^2}-1
Ahora q^2 = 4pr \implies
\frac{16 \sin^2 θ}{(1+2 \cos θ)^4} = 4 \left(\frac{1}{a^2} - \frac{1}{(1+2 \cos θ)^2}\right) \left(\frac{1 - 4 \sin^2 θ}{(1+2 \cos θ)^2}-1\right) (1)
Siguiente, se observa que la 1- 4 \sin^2 θ - (1+2 \cos θ)^2 = -4(1+ \cos θ)
Uso esta indicado en (1):
\frac{16 \sin^2 θ}{(1+2 \cos θ)^4} = 4 \left(\frac{1}{a^2} - \frac{1}{(1+2 \cos θ)^2}\right) \left(\frac{-4(1+ \cos θ)}{(1+2 \cos θ)^2}\right) (2)
El próximo cancelar 16 tanto de LHS y RHS y escribir \sin^2 \theta = (1 - \cos \theta)(1 + \cos \theta) en el lado izquierdo de (2) para obtener
\frac{(1 - \cos \theta)(1 + \cos \theta)}{(1+2 \cos θ)^4} = \left(\frac{1}{a^2} - \frac{1}{(1+2 \cos θ)^2}\right) \left(\frac{-(1+ \cos θ)}{(1+2 \cos θ)^2}\right) (3)
El próximo cancelar (1 + \cos \theta) tanto de LHS y RHS de (3) y reordenar para obtener
\frac{1}{a^2} = \frac{\cos \theta}{(1+2 \cos \theta)^2}