水泥以 36π cm3/s36\pi\ \text{cm}^3/\text{s} 的恒定速率注入一个空的正圆锥形模具中。圆锥的高度始终是其半径的两倍。

  1. (i)

    证明 1.5 分钟后圆锥的半径大约为 16.94 cm16.94\ \text{cm}。

    [半径为 rr 且高度为 hh 的圆锥体积为 13πr2h\frac{1}{3}\pi r^2 h。]

  2. (ii)

    求 1.5 分钟后圆锥半径的变化率。

  3. (11)
    1. (b)

      距离光源一定距离 xx 米处的发光强度 II 坎德拉由公式 I=kx2I = \frac{k}{x^2} 给出,其中 kk 是常数。

      已知在距离光源 4 米处的光强为 12 坎德拉,求当 x=8x = 8 时,光强随距离的变化率。

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完整解法

11(a)(i)

1. Calculate the total volume of cement poured after 1.5 minutes

Time t=1.5×60=90 st = 1.5 \times 60 = 90\ \text{s}
Volume V=36π×90=3240π cm3V = 36\pi \times 90 = 3240\pi\ \text{cm}^3

2. Express volume in terms of radius $r$ and solve for $r$

Given h=2rh = 2r,
V=13πr2h=13πr2(2r)=23πr3V = \frac{1}{3}\pi r^2 h = \frac{1}{3}\pi r^2 (2r) = \frac{2}{3}\pi r^3
Equating the volumes:
23πr3=3240π\frac{2}{3}\pi r^3 = 3240\pi
r3=3240×32=4860r^3 = 3240 \times \frac{3}{2} = 4860
r=48603≈16.938 cmr = \sqrt[3]{4860} \approx 16.938\ \text{cm}
r≈16.94 cmr \approx 16.94\ \text{cm} (shown)

答案

r≈16.94 cmr \approx 16.94\ \text{cm}

11(a)(11)(b)

1. Find the value of the constant $k$.

Given I=kx2I = \frac{k}{x^2}.
When x=4x = 4, I=12I = 12:
12=k4212 = \frac{k}{4^2}
k=12×16=192k = 12 \times 16 = 192

2. Differentiate $I$ with respect to $x$ to find the rate of change formula.

I=192x−2I = 192x^{-2}
dIdx=192(−2)x−3\frac{dI}{dx} = 192(-2)x^{-3}
dIdx=−384x3\frac{dI}{dx} = -\frac{384}{x^3}

3. Evaluate the rate of change when $x = 8$.

When x=8x = 8:
dIdx=−38483\frac{dI}{dx} = -\frac{384}{8^3}
dIdx=−384512=−0.75\frac{dI}{dx} = -\frac{384}{512} = -0.75

答案

−0.75 candelas/m-0.75\ \text{candelas/m}

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