一个底面半径为 且高为 的封闭直圆锥,其固定总表面积为 单位,其中 是正常数。证明 。已知 和 是变化的,求圆锥的最大可能体积,结果用关于 的精确形式表示。 [底面半径为 且高为 的圆锥体积公式为 ,圆锥的侧面积公式为 ,其中 为斜高。]
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完整解法
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1. Set up the equation for the total surface area and simplify.
2. Rearrange the equation and square both sides to eliminate the square root.
3. Solve for $r^2$ to obtain the required identity.
4. Express the volume of the cone in terms of a single variable $h$.
5. Differentiate the volume $V$ with respect to $h$ using the quotient rule.
6. Set the derivative to zero to find the stationary point and verify it gives a maximum.
For a stationary point, :
Using the first derivative test:
- For ,
- For ,
Thus, reaches a maximum when .
7. Substitute $h = \sqrt{2k}$ into the volume expression to calculate the greatest possible volume.
答案
\frac{\pi k \sqrt{2k}}{12}
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