作为艺术项目的一部分,一个学生设计了一个如图所示的八面体灯笼。灯笼的框架由十二根直铁丝组成,端点相连,形成两个相同的正四棱锥(其底面为边长为 的正方形,侧棱长为 )。铁丝框架用彩色纸紧紧包住。 铁丝的价格为每米 8 美元,彩色纸的价格为每平方米 15 美元。学生需要在该项目中列出灯笼的预算。已知使用的铁丝总长度为 ,利用求导来求其最大预算金额,结果四舍五入到最接近的元。

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完整解法
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1. Express the slant edge $y$ in terms of $x$ using the total length of the wire.
The wire frame consists of the square base (4 edges of length ) and the slant edges of the two pyramids (8 edges of length ).
Total length of wire
Given that the total length of the wire used is :
2. Find an expression for the total surface area of the lantern in terms of $x$ and $y$.
The surface of the lantern is formed by 8 identical isosceles triangular faces.
For one triangular face with base and two slant edges , the height is given by Pythagoras' theorem:
Area of one triangular face
Total surface area
3. Substitute $y$ to express the total budget $C$ entirely in terms of $x$.
Substitute into :
The total budget is the sum of the wire cost and the paper cost.
Cost of wire
Cost of paper
4. Differentiate $C$ with respect to $x$ and equate to $0$ to find the stationary point.
Using the product rule and chain rule to find :
To maximize the budget, let :
Multiply through by :
5. Verify that this value of $x$ gives a maximum budget using the First Derivative Test.
Testing the sign of around :
- When ,
- When ,
Since the gradient changes from positive to negative, yields a maximum point.
6. Calculate the maximum budget and round it to the nearest dollar.
Substitute into the budget equation:
Rounding to the nearest dollar, the maximum budget is .
$29
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