在一部科幻电影中,为了保护一个正在建造的用于存放致命武器的圆柱形筒仓,创建了一个半球形的力场护盾(一个开半球)。筒仓顶部的圆周恰好位于半球护盾内部,如下图所示。电力供应使得生成的护盾半径 固定为 0.5 km。设筒仓的半径和高度分别为 km 和 km。

- (a)
证明筒仓的体积可以表示为 。求出可建造筒仓的最大体积的精确值。
- (b)
电涌导致护盾扩大(仍保持其半球形状),使其体积以 0.75 km^3 s^-1 的恒定速率增加。求当 km s^-1 时,护盾表面积增加的精确速率。
[球体的体积 and 表面积公式分别为 和 。]
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. Relate the radius $x$ and height $y$ of the silo using the hemisphere's radius.
From the vertical cross-section, the radius of the silo , its height , and the radius of the hemisphere form a right-angled triangle.
Given the hemisphere radius is km,
2. Formulate the volume of the silo in terms of $y$ to show the given expression.
The volume of the cylindrical silo, , is given by:
Substituting :
3. Differentiate the volume with respect to $y$ and equate to zero to find the stationary point.
To find the maximum volume, we differentiate with respect to :
At the maximum volume, :
Since the height , we have .
4. Use the second derivative to verify that the volume is a maximum.
Since , .
Thus, the volume is maximized at this value of .
5. Calculate the exact maximum volume by substituting $y$ into the volume expression.
Substitute into :
Rationalising the denominator:
3(b)
1. Express the volume $V$ of the hemispherical dome in terms of its radius $r$, and use the chain rule to find an expression for $\frac{dV}{dt}$.
Since the dome is a hemisphere, its volume is half that of a sphere:
Differentiating with respect to :
2. Substitute the given rates to solve for the radius $r$ at the given instant.
Given and :
3. Express the surface area $A$ of the open hemispherical dome in terms of $r$ and differentiate with respect to $t$.
Since the dome is an open hemisphere, its surface area is half the surface area of a sphere:
Differentiating with respect to :
4. Substitute the values of $r$ and $\frac{dr}{dt}$ to find the exact rate of increase of the surface area.
AI 分析,可能出错
用 AI 批改,圈出写错的那一步,并自动将你的薄弱点存入错题本,形成你的错因库。
同一知识点的其他题
- 1[底面半径为 、高为 的圆锥体积由 给出。] 某制造商用同一种材料制作了一个漏斗状的装饰品,它由两部分组成,如图 1所示。 * 一个半径为 cm、高为 …
- 2一个圆心角为 弧度、半径为 的扇形被用来围成一个直圆锥的侧面,且没有重叠。证明该圆锥的体积为 …
- 3作为艺术项目的一部分,一个学生设计了一个如图所示的八面体灯笼。灯笼的框架由十二根直铁丝组成,端点相连,形成两个相同的正四棱锥(其底面为边长为 的正方形,侧棱长为 )。铁丝框架用彩色纸紧紧包…
- 4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…
- 5[半径为 、高为 的直圆锥的体积为 。] 一名学生为他自制的3D打印机制作了一个打印机喷嘴。该打印机喷嘴由一个厚度可忽略的空心倒置直圆锥(其半径为 mm,其中 …