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                                |  | 範例 30:蜂房問題 |  |   
                                |  | 蜂房的外觀呈正六角柱狀,你知道如何計算它的表面積嗎? 
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                                |  | 《 解答 》 |  |   
                                |  | 一個固定邊長  的正六角柱,上方被替換成三個交於一個公共點的菱形。如下圖所示: 
 
 
  (先將四面體ABCD截下,再將  與  貼合,得到圖二,再對另外兩個四面體作同樣的動作,最後得到圖三)柱的底面是空的,而總體積會是一個常數,不妨設成 
                                      ,如果我們假設  ,那麼此柱體的表面積    會是以下的形式:
                                  並證明當
  時,  會有最小值。 該如何計算蜂房(圖三)的表面積呢?
 由題目所述的過程中可以清楚地了解:表面積為六角柱的柱面面積(1)減掉六個小三角形(2)再加上三個菱形面積(3)。由於它是"正"六角柱構成的,所以我們可以只算一小部分的表面積即可
  
                                   
                                    所以蜂房的表面積=(1)–(2) + (3)=體積  ,底面積為六個小的正三角形組成,邊長為  ,所以底面積 
 
  ,得到柱高  因此周圍的表面積   
 
切掉的六個小三角形面積需要注意一下,因為  是最後最高點與底面和最矮邊長的夾角,事實上  的長度等於圖二中  的長度,用側面圖來看就可以很清楚地知道關係了(圖六)所以  ,因此六個小三角形的總面積為   
 
  
                                        
                                          
                                             
                                              | 圖五 | 圖六 |   
                                              |  |  | 三個菱形的總面積 兩對角線之積  =  =  (見圖七、八) 
 
   進一步地,我們發現總表面積呈現一個和 
                                     有關的函數(因為  和  都固定了),並且  在  ~  度之間  與  是連續可微分的, 因此我們可利用微分的方法找到
  的極值: 註:圖一中四面體ABCD這一塊切下的同時,繞軸 旋轉  ,使  與  重合,就得到圖三。 |  |   
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                                  translator Version 2K.1beta (1.47) Copyright © 1993, 1994, 1995, 1996, Nikos 
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 Copyright © 1997, 1998, 1999, Ross 
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 The translation was initiated by Shu Cheng-chou 
                                  on 2003-05-14
 
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