Problema di estremo in geometria piana

Fra tutti i triangoli isosceli di perimetro fissato P, qual é quello di area massima ?

Se x é la misura base (x > 0)

L = (P – x)/2

Per il teorema di Pitagora

h^2 = L^2 – (b/2)^2 = (P – x)^2/4 – (x/2)^2 = (P^2 – 2 Px )/4

per cui

S = x/2 * 1/2 sqrt (P^2 – 2Px) = x/4 sqrt (P^2 – 2Px)

Si deve quindi cercare il massimo assoluto di

S (x) = 1/4 x sqrt (P^2 – 2Px)

in [0, P/2] dove l’espressione é definita in accordo al significato geometrico.

Questa grandezza ha valore positivo.

Cerco quindi il massimo del suo quadrato  x^2/16 * (P^2 – 2Px)

o più facilmente ancora – rimuovendo le costanti ed eseguendo i prodotti – di

P^2 x^2 – 2 P x^3.

L’intervallo di crescenza é dato da

2 P^2 x – 6 P x^2 >= 0

2 P x ( P – 3 x ) >= 0

ed essendo x > 0

P – 3x >= 0

x <= P/3

Si trova pertanto un massimo relativo per x* = P/3,

che corrisponde al triangolo equilatero, essendo

L = (P – P/3)/2 = 2 P/3 * 1/2 = P/3 = b.

Calcoliamo ora i valori agli estremi dell’intervallo e confrontiamo

con il punto trovato.

S(0) = 0

S(P/3) = 1/4 * P/3 sqrt (P^2 – 2P*P/3) = P/12 * P/rad(3) = P^2/(12 rad(3))

S(P/2) = 1/4 * P/2 * 0 = 0

Dal confronto segue che il massimo trovato é assoluto

e inoltre rad(3)/4 * (P/3)^2 = P^2 rad(3)/36 = P^2/(12 rad(3)).

Il triangolo cercato é quindi quello equilatero.

 

 

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