下图显示了一个体积固定为 单位 的梯形柱体的尺寸,其中变量为 和 。 该柱体的顶面 是一个等腰梯形,其中 的长度为 单位, 的长度为 单位, 且 。矩形侧面 和 均垂直于顶面 和底面 ,且 单位。

- (a)
证明该梯形柱体的总外表面积 由下式给出:
。
- (b)
利用求导,求出使 取得最小值时以 表示的 的值。
- (c)
现改设该柱体的体积为 单位,其外表面积为 单位。求 的两个可能值。
它不会直接告诉你答案,而是问你卡在哪一步看看 AI 是怎么陪你一步步弄懂这道题的
完整解法
2(a)
1. Find the perpendicular height and the length of the non-parallel sides of the trapezoid $ABCD$.
Let the perpendiculars from and to meet at and respectively.
Since is an isosceles trapezoid, .
In , .
The perpendicular height of the trapezoid, .
The length of the non-parallel side .
By symmetry, .
2. Calculate the area of the trapezoid $ABCD$.
.
3. Use the given volume to express $y$ in terms of $x$ and $k$.
The volume of the prism is given by the base area multiplied by its vertical height .
4. Calculate the total external surface area by summing the areas of the two bases and the four rectangular sides, then substitute $y$.
The total external surface area is the sum of the two trapezoidal bases and the four rectangular lateral faces.
Substitute :
(shown)
(shown)
2(b)
1. Find the first derivative of the area $A$ with respect to $x$.
2. Set the first derivative to zero and solve for $x$ in terms of $k$.
3. Use the second derivative test to verify that the value of $x$ gives a minimum area.
Since the volume , and length , we have .
Therefore, is a minimum when .
2(c)
1. Use the given volume to find the constant $k$ and substitute it into the area equation.
Equating the general volume to 1000:
Substituting into the total surface area equation given in part (a):
Rationalising the denominator:
2. Set the area to 800, form a polynomial equation, and solve for $x$ using a graphing calculator.
Multiply throughout by to form a polynomial equation:
Divide by :
Using a graphing calculator to solve for :
Since represents a physical length, . We reject .
or
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