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

            ------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             

,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,                

,得,或(舍),        

故此腰所在直线方程为,                      

,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

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