彼得(Peter)建造了一个无盖鱼缸,其长方形底面的长为 4l4l 米,宽为 ll 米,高为 hh 米。他希望鱼缸的总外表面积为 5 m25\text{ m}^2。

  1. (a)

    证明鱼缸的体积 VV 立方米由 V=25(5l−4l3)V = \frac{2}{5}(5l - 4l^3) 给出。

  2. (b)

    确定当鱼缸装满水时,为使其盛水量最大,长方形底面的面积应为多少。

先不看答案,让 AI 诊断你卡在哪里?

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

7(a)

1. Formulate the equation for the total outer surface area of the open tank.

Area of base = 4l×l=4l24l \times l = 4l^2
Area of 4 vertical sides = 2(4l×h)+2(l×h)=8lh+2lh=10lh2(4l \times h) + 2(l \times h) = 8lh + 2lh = 10lh
Total surface area = 4l2+10lh4l^2 + 10lh
Given total surface area is 55, so:
4l2+10lh=54l^2 + 10lh = 5

2. Express the height $h$ in terms of $l$.

10lh=5−4l210lh = 5 - 4l^2
h=5−4l210lh = \frac{5 - 4l^2}{10l}

3. Substitute $h$ into the volume formula and simplify to show the given expression.

Volume V=base area×heightV = \text{base area} \times \text{height}
V=4l2×hV = 4l^2 \times h
V=4l2(5−4l210l)V = 4l^2 \left( \frac{5 - 4l^2}{10l} \right)
V=4l210l(5−4l2)V = \frac{4l^2}{10l} (5 - 4l^2)
V=2l5(5−4l2)V = \frac{2l}{5} (5 - 4l^2)
V=25(5l−4l3)V = \frac{2}{5}(5l - 4l^3) (shown)

答案

V = \frac{2}{5}(5l - 4l^3) \text{ (shown)}

7(b)

1. Differentiate the volume function with respect to $l$

V=25(5l−4l3)=2l−85l3V = \frac{2}{5}(5l - 4l^3) = 2l - \frac{8}{5}l^3

dVdl=2−245l2\frac{dV}{dl} = 2 - \frac{24}{5}l^2

2. Set the derivative to zero to find the stationary point

For maximum volume, dVdl=0\frac{dV}{dl} = 0

2−245l2=02 - \frac{24}{5}l^2 = 0

245l2=2\frac{24}{5}l^2 = 2

l2=2×524=512l^2 = 2 \times \frac{5}{24} = \frac{5}{12}

3. Verify that this value of $l$ gives a maximum volume

d2Vdl2=−485l\frac{d^2V}{dl^2} = -\frac{48}{5}l

Since l>0l > 0 (length must be positive), d2Vdl2<0\frac{d^2V}{dl^2} < 0.

Therefore, the volume is maximum when l2=512l^2 = \frac{5}{12}.

4. Calculate the area of the rectangular base

Area of base = 4l×l=4l24l \times l = 4l^2

Area = 4(512)=53 m24 \left(\frac{5}{12}\right) = \frac{5}{3}\text{ m}^2

答案

53 m2\frac{5}{3}\text{ m}^2

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. 1如图所示,一个建在矩形底面上的温室。建造拱形屋顶和两个完全相同的半圆形侧面共使用了 140 m2140\text{ m}^2 的聚乙烯薄膜。每个半圆的半径为 r mr\text{ m},温室的长度为 y my\text{ m}。 证明温室的体积 V m3V\text{ m}^3…
  2. 2在三角形 ABCABC 中,AB=x cmAB = x\ \text{cm},AC=3x cmAC = 3x\ \text{cm},且角 BAC=2π3BAC = \dfrac{2\pi}{3}。如果 xx 以 0.5 cm/s0.5\ \text{cm/s} 的速率增加,求当 x=4x = 4…
  3. 3已知一条曲线的方程为 y=2x−33x+4y = \frac{2x - 3}{3x + 4},其中 x≠−43x \ne -\frac{4}{3}。 曲线在点 PP(其中 x>0x > 0)处的法线平行于直线 y=−2517x+2y = -\frac{25}{17}x + 2。…
  4. 4求曲线 y=2x2−ln⁡x+cy = 2x^2 - \ln x + c 的导函数。 曲线在点 TT 处与正 xx 轴相切。求 TT 的坐标。 证明 c=−ln⁡2ec = -\ln 2\sqrt{e}。 求在点 TT 处 d2ydx2\frac{\text{d}^2y}{\text{d}x^2}…
  5. 5曲线 y=2tan⁡3x−1y = 2\tan 3x - 1 在点 P(π3,−1)P\left(\frac{\pi}{3}, -1\right) 处的法线交 yy 轴于点 AA,交 xx 轴于点 BB。求三角形 AOBAOB 的精确面积。