题目内容
(本题满分13分)
一个截面为抛物线形的旧河道(如图1),河口宽米,河深2米,现要将其截面改造为等腰梯形(如图2),要求河道深度不变,而且施工时只能挖土,不准向河道填土.
(Ⅰ)建立恰当的直角坐标系并求出抛物线弧的标准方程;
(Ⅱ)试求当截面梯形的下底(较长的底边)长为多少米时,才能使挖出的土最少?
解:(1)如图:以抛物线的顶点为原点,
中垂线为轴建立直角坐标系------1分
则 ------2分
设抛物线的方程为,将点代入得 -------3分
所以抛物线弧AB方程为() ------4分
(2)解法一:
设等腰梯形的腰与抛物线相切于
则过的切线的斜率为
所以切线的方程为:,即
令,得, 令,得,
所以梯形面积 -----10分
当仅当,即时,成立
此时下底边长为 -----12分
答:当梯形的下底边长等于米时,挖出的土最少. -----13分
解法二:设等腰梯形的腰与抛物线相切于
则过的切线的斜率为
所以切线的方程为:,即
运用定积分计算抛物线与等腰梯形间的面积:
-----10分
当仅当,即时,成立,此时下底边长为 ---12分
答:当梯形的下底边长等于米时,挖出的土最少. -----------13分
解法三:设等腰梯形上底(较短的边)长为米,则一腰过点,可设此腰所在直线方程为, 联立,得,
令,得,或(舍),
故此腰所在直线方程为,
令,得,
故等腰梯形的面积: ------------10分
当且仅当,即时,有
此时,下底边长 ------------12分
答:当梯形的下底边长等于米时,挖出的土最少. ----------13分