本题导读

本题考查几何体的体积与表面积,以及导数的实际应用。

📌【题干】

Question

(2011年山东卷(文)) 某企业拟建造如图所示的容器(不计厚度,长度单位:米),其中容器的中间为圆柱形,左右两端均为半球形,按照设计要求容器的容积为 立方米,且 .假设该容器的建造费用仅与其表面积有关.已知圆柱形部分每平方米建造费用为 千元,半球形部分每平方米建造费用为 ()千元.设该容器的建造费用为 千元.

(1) 写出 关于 的函数表达式,并求该函数的定义域;

(2) 求该容器的建造费用最小时的 .

🔍【思路分析】

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  1. 步骤1:(1) 体积方程解出
  2. 步骤2: 化为 定定义域
  3. 步骤3:(2) 零点 与边界 比较
  4. 步骤4:按 分段

✅【答案】

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(1) ,定义域

(2) 当 时 ;当 时

✍【详细解析】

Abstract

(1) 容积 = 圆柱 + 两个半球:,解得 。

由 :,又 ,故定义域为 。

圆柱侧面积 ,两个半球表面积合计 ,故

。代入 :,

即 ()。

(2) 。

令 得 ( 保证 )。 在 左负右正, 是极小值点。

当 时,,即 , 在 上单调递减,最小值在 处取得;

当 时,,最小值在 处取得( 时 ,两式一致)。

综上,建造费用最小时:()或 ()。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:组合体体积表面积;导数求最值;由参数范围决定最值位置

核心方法:体积方程消元把 用 表示;定义域由设计约束 生成;最值位置 = 驻点与区间端点比大小,分界由 反解出

避坑指南:表面积只算圆柱侧面(两个半球已包住两端),别把圆柱底面也算进去; 中的 来自”半球单价 减去折算的 “,判别分界是 而非 ;结论必须按 分段陈述。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:导数实际应用题与 2013-重庆卷文-20、2012-江西卷文-21、2011-北京卷文-07 同族。

结论推广:推广:()在 上的最小值位置 ,与端点比较的通用判据是 与 的大小。

方法推广:实际最值题三步:几何关系消元 → 定义域(千万别丢)→ 驻点与端点分类;分段结论要完整覆盖参数范围。

🔗【关联脉络】

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