題目
Problem
一、填充題:每題 8 分。
- 一穀倉有一個圓柱狀的牆和一個半球狀的屋頂。假如容積一定,而要有最小的表面積,問這穀倉的高度跟底部半徑的比是 。
解答
解法一
思路
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- 固定容積時,圓柱高 h 可用半徑 r 表示,於是表面積只剩一個變數。
- 求出使表面積最小的 r 後,注意題目問的是整座穀倉的高度,還要加上半球屋頂的高度 r。
答題過程
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設圓柱牆高為 h、底半徑為 r。穀倉的容積和外表面積分別為
V=πr2h+32πr3,S=2πrh+3πr2.
由容積固定可得
h=πr2V−32r.
代入表面積:
S(r)=r2V+35πr2.
因此
S′(r)=−r22V+310πr.
令 S′(r)=0,便有 V=35πr3。代回容積式,得到 h=r。
圓柱加半球屋頂的總高度為 h+r=2r,所以所求比為
2:1.