Wie ist der Radius des Halbkreises zu wählen, damit das Tunnelvolumen möglichst groß ist?

3 Antworten

1)Formuliere die Zielfunktion (also die Funktion, die maximiert werden soll)

Tipp1:Volumen des Tunnels

2)Formuliere die Nebenbedingung, unter der maximiert werden soll

Tipp2:Umfang des Tunnels

3)Löse nach einer Variablen in der Neben-Fkt. auf und setze sie in die Zielfunktion ein

Tipp3:Am besten so, dass nach dem Einsetzen in die Zielfunktion nur noch r als Variable in der Zielfunktion auftaucht.

4)Leite die so entstandene Funktion nach der Variable ab und setze es gleich null.


Wenn du alles so gemacht hast, musst du nur noch nach r auflösen und hast deinen Maximalen Radius.


Habe ich das richtig verstanden, die Querschnittsfläche ist ein Rechteck mit einem Halbkreis darin?

Da die Länge fix ist, hängt das Volumen nur noch von der Querschnittsfläche ab und nur diese ist zu maximieren. Diese besteht aus einem Halbkreis mit dem Durchmesser d und einem Rechteck mit der Länge d und der Höhe h. Der Umfang des Halbkreises ist d/2 π, der des Rechtecks d + 2h. Der Gesamtumfang also  U =  d/2π + d +2 h = 1,5 π d + 2h = 18. Die Fläche des Halbkreises  0,5  (d/2)^2 π = 0,125 d^2 π. Die Fläche des Rechtecks ist h * d. Die Gesamtfläche also 0,125 d^2π + h* d. Die Umfangsgleichung nach h auflösen ergibt h = 9- 0,75 π d. Das h in der Fläche ersetzen ergibt F= 0,125 π d^2 + (9-0,75 π d) d = 0,125π d^2 - 0,75π d^2 +9 d = - 0,625π d^2 + 9d. Von dieser Parabel den Scheitel finden oder, wenn Du schon differenzieren  kannst, die erste Ableitung bilden und 0 setzen. X-Koordinate des Scheitels ist -b/(2a). Also -9/(-2 * 0,625π) = 4,6 m. Das ist der Durchmesser. Der Radius also 2,3 m. Ich hoffe, ich habe mich nicht verrechnet, aber der Ansatz stimmt.

Ahzmandius  18.01.2016, 20:30

Eigentlich müsste der Umfang des Vierecks doch 2d+2h sein, oder?

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Kaenguruh  18.01.2016, 22:06
@Ahzmandius

Die obere Längsseite zählt ja nicht, weil die trennt nur den Halbkreis vom Rechteck und trägt nichts zum Umfang des Tunneleingangs bei. Mach mal eine Skizze, dann siehst Du das.

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