液体以 15 cm3^3/s 的恒定速率注入一个容器中。当容器内液体的深度为 xx cm 时,容器内液体的体积 VV cm3^3 由下式给出:
V=14x(x+16).V = \frac{1}{4}x(x + 16).
当 V=20V = 20 时,求:

  1. (i)

    xx 的值,

  2. (ii)

    此时液体深度的变化率。

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完整解法

5(i)

1. Substitute $V = 20$ into the given equation and rearrange into standard quadratic form

20=14x(x+16)20 = \frac{1}{4}x(x + 16)
80=x2+16x80 = x^2 + 16x
x2+16x−80=0x^2 + 16x - 80 = 0

2. Solve the quadratic equation and reject the invalid root

(x+20)(x−4)=0(x + 20)(x - 4) = 0
x=−20 or x=4x = -20 \text{ or } x = 4
Since depth xx must be positive, x=4x = 4.

答案

x=4x = 4

5(ii)

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

V=14x2+4xV = \frac{1}{4}x^2 + 4x

dVdx=12x+4\frac{dV}{dx} = \frac{1}{2}x + 4

2. Evaluate $\frac{dV}{dx}$ at $x = 4$ (from part i)

When x=4x = 4,
dVdx=12(4)+4=6\frac{dV}{dx} = \frac{1}{2}(4) + 4 = 6

3. Apply the chain rule to find the rate of change of depth

Using the chain rule, dVdt=dVdx×dxdt\frac{dV}{dt} = \frac{dV}{dx} \times \frac{dx}{dt}

15=6×dxdt15 = 6 \times \frac{dx}{dt}

dxdt=156=2.5\frac{dx}{dt} = \frac{15}{6} = 2.5

答案

2.5 cm/s2.5\text{ cm/s}

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