[已知半径为 、高为 、母线长为 的圆锥的侧面积为 。]
- (a)
制造一个圆锥形的饮水杯。其体积为 。证明:
其中 是该圆锥的侧面积。
利用微分法求出所需材料最少时杯子的高度 (厘米)和半径 (厘米)。

- (b)
制造了另一个相同形状 of 饮水杯。当杯中水深为 cm 时,水的体积 cm^3 由下式给出:
将杯子装满水,发现杯子的顶点处有泄漏,且圆锥中水的体积以 的恒定速率减少。计算:
- (i)
当水深为 2 cm 的瞬间,水深减少的速率,
- (ii)
水深从 6 cm 减少到 3 cm 所需的时间(以秒为单位)。
- (i)
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
12(a)
1. Use the formula for the volume of a cone to express $h$ in terms of $r$.
2. Express the square of the curved surface area, $A^2$, in terms of $r$ and $h$.
Using Pythagoras' theorem for the slant height, .
3. Substitute the expression for $h$ to show the given formula for $A^2$.
4. Differentiate $A^2$ with respect to $r$.
Let . To find the least amount of material, we minimise (since ).
Rewrite as .
5. Equate the derivative to zero and solve for $r$.
For a stationary point, :
6. Verify that this value of $r$ gives a minimum area using the second derivative test.
Since , . Thus, (and therefore the curved surface area ) is a minimum.
7. Calculate the corresponding value of $h$.
Therefore, to 3 significant figures, cm and cm.
Proof:
(See working for the derivation of )
Answers:
12(b)(i)
1. Find the derivative of volume $V$ with respect to depth $h$.
2. Set up the connected rate of change equation and substitute the given values.
Using the chain rule, we have:
The volume is decreasing at , so .
Substituting and :
3. Solve for $\frac{dh}{dt}$ and state the rate of decrease.
Since is negative, the depth is decreasing at a rate of (approx. ).
or
12(b)(ii)
1. Calculate the volume of water at the initial depth of $6\text{ cm}$ and final depth of $3\text{ cm}$.
2. Find the total change in volume and use the constant rate of volume decrease to find the time taken.
Since the volume decreases at a constant rate of :
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