一个顶点为 、底面中心为 的圆锥体积为 。若正四棱锥 内接于该圆锥,平面 与该圆锥底面平行, 这 个点都在圆锥的侧面上,则正四棱锥 的体积的最大值是 。
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
用与圆锥底面的相对高度作参数。
平行截面的半径随高度线性变化,内接正方形面积是截面圆 半径平方的两倍,于是体积比化为一个三次函数。
设圆锥的底面半径为 、高为 ,平面 到底面中心 的距离为 ,并令 。则 ,该平行截面圆的半径为
正方形 内接于此截面圆,故其面积为 。正四棱锥的体积为
而原圆锥体积为 ,所以
在 上,
故最大值在 时取得。于是
位于允许区间内部;此时截面圆半径为 ,相应正方形及正四棱锥均非退化, 所以最大值确实能够取得。
圆锥平行截面问题的核心是“半径与距顶点高度成正比”。先用总体积消去 , 再优化无量纲体积比,能避免无关尺度干扰。
需用截面高度比例统一半径和棱锥高度,将体积化为t(1-t)平方,再在允许区间内求最大值。
已记下,谢谢!