Pyramide i halvkule – størst mulig volum
En kule med radius \(r\) deles i to like deler. Vi skal skjære ut en pyramide med rektangulær grunnflate av den ene halvkulen. Grunnflaten skal ligge i snittflaten til halvkulen.

Volumet av en pyramide er gitt ved
der \(G\) er grunnflaten og \(h\) er høyden til pyramiden.
Bestem et uttrykk for det største volumet en slik pyramide kan ha.
\(\underline{\underline{V_{\max} = \dfrac{2r^3}{3}}}\)
Vi plasserer halvkulen med snittflaten som en sirkulær disk i planet \(z = 0\), med sentrum i origo. Halvkulen har likningen \(x^2 + y^2 + z^2 = r^2\) for \(z \geq 0\).
Oppsett av pyramiden
Grunnflaten er et rektangel med sider \(2x\) og \(2y\) innskrevet i sirkelen \(x^2 + y^2 = r^2\). Pyramidens topp ligger på halvkulen rett over sentrum, i punktet \((0, 0, h)\).
Toppen på halvkulen gir høyden \(h = r\) (fast, siden \(x = y = 0\) gir \(z = r\)).
Volumet av pyramiden er:
Maksimering med GeoGebra CAS
Vi setter \(G = 4xy\) der \(y = \sqrt{r^2 - x^2}\) (fra sirkelbetingelsen), og definerer volumfunksjonen:
Vi deriverer og setter den deriverte lik null med CAS:

CAS gir \(x = \dfrac{\sqrt{2}}{2} \cdot r = \dfrac{r}{\sqrt{2}}\) (tar positiv verdi). Da er \(y = \sqrt{r^2 - \frac{r^2}{2}} = \dfrac{r}{\sqrt{2}}\), det vil si \(x = y\).
Grunnflaten er et kvadrat med side \(2x = 2 \cdot \dfrac{r}{\sqrt{2}} = r\sqrt{2}\).
Største volum
CAS bekrefter at maksimalt volum er:
\(\underline{\underline{V_{\max} = \dfrac{2r^3}{3}}}\)