图示一个由薄塑料片制成的容器,形状为中空圆柱体。容器的长度为 yy cm,每个半圆形两端的半径均为 rr cm。所用塑料的总外表面积为 8500 cm2^2。

  1. (a)

    证明容器的体积 VV cm3^3 由 4250r−12πr34250r - \dfrac{1}{2}\pi r^3 给出。

    证明容器的体积 VV cm3^3 由 4250r−12πr34250r - \dfrac{1}{2}\pi r^3 给出。

  2. (b)

    已知 rr 可以变化,求 VV 的驻值并确定其性质。

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完整解法

9(b)

1. Differentiate $V$ with respect to $r$

dVdr=4250−32πr2\frac{dV}{dr} = 4250 - \frac{3}{2}\pi r^2

2. Equate the derivative to zero to find the stationary value of $r$

For a stationary value, dVdr=0\frac{dV}{dr} = 0:
4250−32πr2=04250 - \frac{3}{2}\pi r^2 = 0
32πr2=4250\frac{3}{2}\pi r^2 = 4250
r2=85003πr^2 = \frac{8500}{3\pi}
r=85003π≈30.033r = \sqrt{\frac{8500}{3\pi}} \approx 30.033

3. Calculate the stationary value of $V$

V=4250(30.033)−12π(30.033)3V = 4250(30.033) - \frac{1}{2}\pi (30.033)^3
V≈85093.9≈85100 (to 3 s.f.)V \approx 85093.9 \approx 85100 \text{ (to 3 s.f.)}

4. Determine the nature of the stationary value using the second derivative test

d2Vdr2=−3πr\frac{d^2V}{dr^2} = -3\pi r
Since r>0r > 0, d2Vdr2<0\frac{d^2V}{dr^2} < 0.
Therefore, the stationary value is a maximum.

答案

Stationary value is 8510085100 (to 3 s.f.), and it is a maximum.

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