题目
欲围一个高度一定,面积为150平方米的矩形场地,所用材料的造价其正面是每平方米6元,其余三面是每平方米3元。问场地的长宽各为多少时。才能使所用材料费最少?
欲围一个高度一定,面积为150平方米的矩形场地,所用材料的造价其正面是每平方米6元,其余三面是每平方米3元。问场地的长宽各为多少时。才能使所用材料费最少?
题目解答
答案
设长为x 宽为y 则有
高为h定值
造价

对其求导为0时, 有最值

,
高为h定值造价


对其求导为0时, 有最值
,
解析
步骤 1:定义变量
设矩形场地的长为$x$米,宽为$y$米,高度为$h$米($h$为定值)。
步骤 2:建立面积关系
根据题意,矩形场地的面积为150平方米,因此有$x\times y=150$。
步骤 3:建立造价函数
正面的造价为$6xh$元,其余三面的造价为$3(xh+2yh)$元,因此总造价为$6xh+3(xh+2yh)$元。
步骤 4:简化造价函数
将$y=\dfrac{150}{x}$代入造价函数,得到总造价$C(x)=6xh+3(xh+2\times \dfrac{150}{x}\times h)=3h(3x+2\times \dfrac{150}{x})$。
步骤 5:求导数
对造价函数$C(x)$求导,得到$C'(x)=\dfrac{d}{dx}[3h(3x+2\times \dfrac{150}{x})]=9h-\dfrac{900h}{{x}^{2}}$。
步骤 6:求导数为0的点
令$C'(x)=0$,得到$9h-\dfrac{900h}{{x}^{2}}=0$,解得$x=10$。
步骤 7:验证极值
由于$C''(x)=\dfrac{1800h}{{x}^{3}}$,当$x=10$时,$C''(10)>0$,因此$x=10$时,造价函数$C(x)$取得极小值。
步骤 8:求宽
将$x=10$代入$y=\dfrac{150}{x}$,得到$y=15$。
设矩形场地的长为$x$米,宽为$y$米,高度为$h$米($h$为定值)。
步骤 2:建立面积关系
根据题意,矩形场地的面积为150平方米,因此有$x\times y=150$。
步骤 3:建立造价函数
正面的造价为$6xh$元,其余三面的造价为$3(xh+2yh)$元,因此总造价为$6xh+3(xh+2yh)$元。
步骤 4:简化造价函数
将$y=\dfrac{150}{x}$代入造价函数,得到总造价$C(x)=6xh+3(xh+2\times \dfrac{150}{x}\times h)=3h(3x+2\times \dfrac{150}{x})$。
步骤 5:求导数
对造价函数$C(x)$求导,得到$C'(x)=\dfrac{d}{dx}[3h(3x+2\times \dfrac{150}{x})]=9h-\dfrac{900h}{{x}^{2}}$。
步骤 6:求导数为0的点
令$C'(x)=0$,得到$9h-\dfrac{900h}{{x}^{2}}=0$,解得$x=10$。
步骤 7:验证极值
由于$C''(x)=\dfrac{1800h}{{x}^{3}}$,当$x=10$时,$C''(10)>0$,因此$x=10$时,造价函数$C(x)$取得极小值。
步骤 8:求宽
将$x=10$代入$y=\dfrac{150}{x}$,得到$y=15$。