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题目

要造一个容积为54m²的长方体敞口水池,已知水池侧壁单位造价是底部的2倍,问水池的尺寸应如何选择,方能使其造价最低?

要造一个容积为54m²的长方体敞口水池,已知水池侧壁单位造价是底部的2倍,问水池的尺寸应如何选择,方能使其造价最低?

题目解答

答案

解:设水池的底面长为 x m,宽为 54/x m.

设水池的底面造价为 a 元/m²,则侧壁单位造价为 2a 元/m².

水池的底面面积为 S₁=x×54/x=54 m²,所以底面造价为 54a 元。

水池的侧壁面积为,

总造价 y 为底面造价与侧壁造价之和,即

2a(x+\frac{27}{x}​+\frac{27​}{x})" data-width="167" data-height="45" data-size="2627" data-format="png" style="max-width:100%">

利用基本不等式,有

,

当且仅当 x=,即 x=时,等号成立。

此时,总造价 y 最低,为 2a×27=54a 元。

答:当水池的底面是边长为 m 的正方形时,水池的造价最低。

解析

步骤 1:定义变量
设水池的底面长为 x m,宽为 54/x m,高为 h m。设水池的底面造价为 a 元/m²,则侧壁单位造价为 2a 元/m²。

步骤 2:计算底面和侧壁的面积
水池的底面面积为 S₁=x×54/x=54 m²,所以底面造价为 54a 元。
水池的侧壁面积为${S}_{2}=2(x+\dfrac {54}{x})h$。

步骤 3:计算总造价
总造价 y 为底面造价与侧壁造价之和,即$y=54a+2a(x+\dfrac {54}{x})h$。
由于容积为54m³,即$x\times \dfrac {54}{x}\times h=54$,所以$h=1$。
因此,总造价$y=54a+2a(x+\dfrac {54}{x})$。

步骤 4:利用基本不等式求最小值
利用基本不等式,有$x+\dfrac {54}{x}\geqslant 2\sqrt{x\times \dfrac {54}{x}}=2\sqrt{54}=6\sqrt{6}$。
当且仅当$x=\dfrac {54}{x}$,即$x=3\sqrt{6}$时,等号成立。
此时,总造价 y 最低,为$54a+2a\times 6\sqrt{6}=54a+12a\sqrt{6}$元。

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