图中显示了两条宽度分别为 9 m 和 4 m 且呈直角的走廊的交叉口。P 和 Q 是动点,且 PBQ 为一条直线。

  1. (a)

    已知 CP 的长度为 x m,AQ 的长度为 y m,证明 y=4+36xy = 4 + \frac{36}{x}。

  2. (b)

    求三角形 APQ 的最小可能面积。

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完整解法

8(a)

1. Identify similar triangles formed by the horizontal and vertical lines

Let DD be the point on AQAQ such that BDBD is horizontal and perpendicular to AQAQ. Then AD=4AD = 4 m and QD=y−4QD = y - 4 m. Also, DB=9DB = 9 m.
△QDB\triangle QDB is similar to △BCP\triangle BCP because ∠QDB=∠BCP=90∘\angle QDB = \angle BCP = 90^\circ and ∠DQB=∠CBP\angle DQB = \angle CBP (corresponding angles, since DBDB is parallel to APAP).

2. Set up the ratio of corresponding sides

QDBC=DBCP\frac{QD}{BC} = \frac{DB}{CP}
y−44=9x\frac{y - 4}{4} = \frac{9}{x}

3. Rearrange to show the required equation

y−4=36xy - 4 = \frac{36}{x}
y=4+36xy = 4 + \frac{36}{x} (shown)

答案

y=4+36xy = 4 + \frac{36}{x}

8(b)

1. Formulate an expression for the area of triangle APQ in terms of $x$.

The base of triangle APQ is AP=9+xAP = 9 + x and the height is AQ=yAQ = y.
Area A=12(9+x)yA = \frac{1}{2}(9 + x)y
Substitute y=4+36xy = 4 + \frac{36}{x} from part (a):
A=12(x+9)(4+36x)A = \frac{1}{2}(x + 9)\left(4 + \frac{36}{x}\right)
A=12(4x+36+36+324x)A = \frac{1}{2}\left(4x + 36 + 36 + \frac{324}{x}\right)
A=2x+36+162xA = 2x + 36 + \frac{162}{x}

2. Differentiate the area expression with respect to $x$.

dAdx=2−162x2\frac{dA}{dx} = 2 - \frac{162}{x^2}

3. Find the value of $x$ that gives the stationary point.

For minimum area, set dAdx=0\frac{dA}{dx} = 0:
2−162x2=02 - \frac{162}{x^2} = 0
2x2=1622x^2 = 162
x2=81x^2 = 81
x=9x = 9 (since x>0x > 0 as it is a length)

4. Calculate the least possible area and verify it is a minimum.

d2Adx2=324x3\frac{d^2A}{dx^2} = \frac{324}{x^3}
When x=9x = 9, d2Adx2=32493>0\frac{d^2A}{dx^2} = \frac{324}{9^3} > 0, confirming it is a minimum.
Substitute x=9x = 9 into the area expression:
A=2(9)+36+1629A = 2(9) + 36 + \frac{162}{9}
A=18+36+18=72A = 18 + 36 + 18 = 72

答案

72 m272\text{ m}^2

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