深度为 的输水通道的横截面 如下图所示。已知 ,且 和 各自与直线 的夹角均为 。
- (a)
证明横截面 的面积为 。

- (b)
求当 变化时,以 和 表示的 的最大值。
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
3(a)
1. Express the slant lengths $PQ$ and $RS$, and the base $QR$ in terms of $d$, $a$, and $\theta$.
From right-angled trigonometry, the slant height .
Given :
2. Express the cross-sectional area as the sum of a central rectangle and two side right-angled triangles.
Area of the central rectangle
The horizontal projection (base) of the slant side is .
Area of the two identical side right-angled triangles
3. Sum the areas and factorise to show the final result.
Total Area
3(b)
1. Differentiate the area function $A$ with respect to $\theta$.
Given , we differentiate with respect to :
2. Set the derivative to zero and solve for $\theta$.
To find the maximum area, set . We can factor the derivative:
Since for an interior angle of the cross-section, .
3. Verify the nature of the stationary point using the second derivative test.
Using the factored form , we apply the product rule to find the second derivative:
At , , so the first term vanishes:
Since , , confirming that is maximized when .
4. Substitute the optimal angle back into the area function to find the maximum value.
Substitute into the original equation for :
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