题目
欲用围墙围成面积为216平方米的一块矩形的土地,并在正中用一堵墙将其隔成两块,问这块土地的长和宽选取多大尺寸,才能使所用建筑材料最省?.
欲用围墙围成面积为216平方米的一块矩形的土地,并在正中用一堵墙将其隔成两块,问这块土地的长和宽选取多大尺寸,才能使所用建筑材料最省?
.题目解答
答案
长和宽分别选取18米和12米.
.解析
考查要点:本题主要考查利用导数求解实际问题中的最小值问题,涉及函数建模与优化。
解题核心思路:
- 设定变量:设矩形的长为$x$米,宽为$y$米,根据面积约束条件$xy=216$。
- 建立总材料函数:围墙总长度包括外围周长和中间隔墙。中间隔墙若沿宽方向,则总材料为$2x + 3y$。
- 消元与求导:将$y$用$x$表示,转化为单变量函数,通过求导找到最小值点。
破题关键:
- 正确理解隔墙方向:中间隔墙沿宽方向时,总材料表达式为$2x + 3y$。
- 导数应用:通过求导确定函数极值点,验证其为最小值。
步骤1:设定变量与约束条件
设矩形的长为$x$米,宽为$y$米,根据题意有面积约束:
$xy = 216$
步骤2:建立总材料函数
中间隔墙沿宽方向,总材料包括外围周长$2x + 2y$和中间隔墙$y$,因此总材料为:
$L = 2x + 3y$
步骤3:消元转化为单变量函数
由$xy=216$得$y = \dfrac{216}{x}$,代入总材料函数:
$L(x) = 2x + 3 \cdot \dfrac{216}{x} = 2x + \dfrac{648}{x}$
步骤4:求导找极值点
对$L(x)$求导并令导数为零:
$L'(x) = 2 - \dfrac{648}{x^2} = 0$
解得:
$x^2 = 324 \quad \Rightarrow \quad x = 18 \, \text{米}$
代入$y = \dfrac{216}{x}$得:
$y = \dfrac{216}{18} = 12 \, \text{米}$
步骤5:验证最小值
二阶导数$L''(x) = \dfrac{1296}{x^3} > 0$(当$x>0$时),说明$x=18$时$L(x)$取得极小值,即最小值。