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数学
题目

某火车站正在不断建设,目前车站准备在某仓库外,利用其一侧原有墙体,建造一间墙高为3米,底面积为12平方米,且背面靠墙的长方体形状的保管员室.由于此保管员室的后背靠墙,无须建造费用,因此甲工程队给出的报价为:屋子前面新建墙体的报价为每平方米400元,左右两面新建墙体报价为每平方米150元,屋顶和地面以及其他报价共计7200元.设屋子的左右两侧墙的长度均为x米(2leqslant xleqslant 6).(1)当左右两面墙的长度为多少时,甲工程队报价最低?(2)现有乙工程队也参与此保管员室建造竞标,其给出的整体报价为((900a(1+x)))/(x)元(a gt 0),若无论左右两面墙的长度为多少米,乙工程队都能竞标成功,试求a的取值范围.

某火车站正在不断建设,目前车站准备在某仓库外,利用其一侧原有墙体,建造一间墙高为$3$米,底面积为$12$平方米,且背面靠墙的长方体形状的保管员室.由于此保管员室的后背靠墙,无须建造费用,因此甲工程队给出的报价为:屋子前面新建墙体的报价为每平方米$400$元,左右两面新建墙体报价为每平方米$150$元,屋顶和地面以及其他报价共计$7200$元.设屋子的左右两侧墙的长度均为$x$米$\left(2\leqslant x\leqslant 6\right)$.
$(1)$当左右两面墙的长度为多少时,甲工程队报价最低?
$(2)$现有乙工程队也参与此保管员室建造竞标,其给出的整体报价为$\frac{{900a(1+x)}}{x}$元$\left(a \gt 0\right)$,若无论左右两面墙的长度为多少米,乙工程队都能竞标成功,试求$a$的取值范围.

题目解答

答案

(1)因为屋子的左右两侧墙的长度均为$x$米$\left(2\leqslant x\leqslant 6\right)$,底面积为$12$平方米,
所以屋子的前面墙的长度均为$\frac{{12}}{x}$米$\left(2\leqslant x\leqslant 6\right)$,
设甲工程队报价为$y$元,
所以$y=3×\frac{{12}}{x}×400+2×150×3x+7200=900(\frac{{16}}{x}+x)+7200,2≤x≤6($元),
因为$900(\frac{{16}}{x}+x)+7200≥900×2\sqrt{\frac{{16}}{x}•x}+7200=14400$,
当且仅当$\frac{{16}}{x}=x$,即$x=4$时等号成立,
所以当左右两面墙的长度为$4$米时,甲工程队报价最低为$14400$元.
$(2)$根据题意可知$900(\frac{{16}}{x}+x)+7200>\frac{{900a(1+x)}}{x}$对任意的$x\in \left[2,6\right]$恒成立,
即$\frac{{{{(x+4)}^2}}}{x}>\frac{{a(1+x)}}{x}$对任意的$x\in \left[2,6\right]$恒成立,
所以$a<\frac{{{{(x+4)}^2}}}{{1+x}}$对任意的$x\in \left[2,6\right]$恒成立,
因为$a \gt 0$,$\frac{{{{(x+4)}^2}}}{{1+x}}=\frac{{{{(x+1)}^2}+6(x+1)+9}}{{1+x}}=(x+1)+\frac{9}{{x+1}}+6≥2\sqrt{(x+1)•\frac{9}{{x+1}}}+6=12$,
当且仅当$x+1=\frac{9}{{x+1}}$,即$x=2$时等号成立,
所以$0 \lt a \lt 12$,
故当$a\in \left(0,12\right)$时,无论左右两面墙的长度为多少米,乙工程队都能竞标成功.

解析

步骤 1:确定甲工程队报价的函数表达式
根据题目描述,屋子的左右两侧墙的长度均为$x$米,底面积为$12$平方米,因此前面墙的长度为$\frac{12}{x}$米。甲工程队的报价包括前面新建墙体、左右两面新建墙体以及屋顶和地面以及其他报价。因此,甲工程队的报价$y$为:
$$y=3×\frac{12}{x}×400+2×150×3x+7200=900(\frac{16}{x}+x)+7200$$
步骤 2:求甲工程队报价的最小值
根据步骤1中的函数表达式,利用均值不等式求最小值:
$$y=900(\frac{16}{x}+x)+7200≥900×2\sqrt{\frac{16}{x}•x}+7200=14400$$
当且仅当$\frac{16}{x}=x$,即$x=4$时等号成立。
步骤 3:确定乙工程队报价的函数表达式
乙工程队给出的整体报价为$\frac{900a(1+x)}{x}$元,要使乙工程队报价低于甲工程队报价,即:
$$900(\frac{16}{x}+x)+7200>\frac{900a(1+x)}{x}$$
步骤 4:求$a$的取值范围
将步骤3中的不等式化简,得到:
$$\frac{(x+4)^2}{x}>\frac{a(1+x)}{x}$$
化简后得到:
$$a<\frac{(x+4)^2}{1+x}$$
利用均值不等式求最小值:
$$a<(x+1)+\frac{9}{x+1}+6≥2\sqrt{(x+1)•\frac{9}{x+1}}+6=12$$
当且仅当$x+1=\frac{9}{x+1}$,即$x=2$时等号成立。

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