本题导读

本题考查空间几何体的展开与折叠,以及二次函数的最值。

📌【题干】

Question

(2011年江苏卷) 请你设计一个包装盒.如图所示, 是边长为 的正方形硬纸片,切去阴影部分所示的四个全等的等腰直角三角形,再沿虚线折起,使得 ,,, 四个点重合于图中的点 ,正好形成一个正四棱柱形状的包装盒,, 在 上,是被切去的等腰直角三角形斜边的两个端点.设 (cm).

(1) 若广告商要求包装盒侧面积 (cm)最大,试问 应取何值?

(2) 若广告商要求包装盒容积 (cm)最大,试问 应取何值?并求出此时包装盒的高与底面边长的比值.

🔍【思路分析】

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  1. 步骤1:折叠关系定出
  2. 步骤2:
  3. 步骤3:(1) 配方法求 最大
  4. 步骤4:(2) 求导定 最大

✅【答案】

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(1)

(2) ,此时高与底面边长的比值为

✍【详细解析】

Abstract

设包装盒的底面边长为 ,高为 。由 及 ,被切去的等腰直角三角形的斜边长 ,故 。

由折叠关系,底面正方形的边长是两条直角边长为 的线段所对的斜边,即 ;该等腰直角三角形的直角边折起后成为柱体的高,。

(1)侧面积

。

当 (cm)时, 取得最大值。

(2)容积

()。

求导得 。

当 时 , 单调递增;当 时 , 单调递减。故 时 取得最大值。

此时 ,,比值 。

即 应取 (cm),包装盒的高与底面边长的比值为 。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

核心考点:折叠前后的几何量对应关系;二次函数最值;导数在实际优化问题中的应用

核心方法:抓准”切去的直角边 → 柱体的高""保留的斜边 → 底面边长”两个对应,再分别用配方法与导数法求最值

避坑指南:自变量的实际范围 必须交代;第(2)问有两问,求出 后别忘了算高与底面边长的比值。

📖【试题探源与推广】

Tip

试题探源:折叠建模与导数最值应用题,与 2013 年江苏卷第 8 题(柱锥体积)、2012 年江苏卷第 18 题(三次函数)同族。

结论推广:对边长 的正方形板材按同法折叠,容积函数形如 ,容积最大时 ,高与底面边长之比恒为 。

方法推广:实际最值题按”设元 → 列函数 → 定范围 → 选方法(二次配方或求导)→ 作答”执行,解答题中定义域缺失会扣分。

🔗【关联脉络】

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