题目内容

20.如图，某隧道设计为双向四车道，车道总宽22米，要求通行车辆限高4.5米，隧道全长2.5千米，隧道的拱线近似地看成半个椭圆形状.

（1）若最大拱高h为6米，则隧道设计的拱宽l是多少？

（2）若最大拱高h不小于6米，则应如何设计拱高h和拱宽l，才能使半个椭圆形隧道的土方工程量最小？

（半个椭圆的面积公式为S=lh，柱体体积为：底面积乘以高.本题结果均精确到0.1米）

20.

（1）解：如图建立直角坐标系，

则点P（11，4.5），椭圆方程为+=1.

将b=h=6与点P坐标代入椭圆方程，

得a=，此时l=2a=≈33.3.

因此隧道的拱宽约为33.3米.

 

（2）解法一：由椭圆方程+=1，得+=1.

因为+≥，即ab≥99，且l=2a，h=b，

所以S=lh=≥.

当S取最小值时，有==，得a=11，b=

此时l=2a=22≈31.1，h=b≈6.4.

故当拱高约为6.4米、拱宽约为31.1米时，土方工程量最小.

 

解法二：由椭圆方程+=1，得+=1.

 

于是b2=·.

 

a2b2=（a2－121++242）≥·（2+242）=81×121，

 

即ab≥99，当S取最小值时，有a2－121=.

得a=11，b=，以下同解法一.


练习册系列答案
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（1）若最大拱高h为6米，则隧道设计的拱宽l是多少？
（2）若最大拱高h不小于6米，则应如何设计拱高h和拱宽l，才能使半个椭圆形隧道的土方工程量最最小？（半个椭圆的面积公式为S=
π4
lh，柱体体积为：底面积乘以高．本题结果精确到0.1米）
如图，某隧道设计为双向四车道，车道总宽20m，要求通行车辆限高5m，隧道全长2.5km，隧道的两侧是与地面垂直的墙，高度为3米，隧道上部拱线近似地看成半个椭圆．
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（1）若最大拱高h为6m，则隧道设计的拱宽l是多少？
（2）若要使隧道上方半椭圆部分的土方工程量最小，则应如何设计拱高h和拱宽l？
（已知：椭圆
x2
a2
+
y2
b2
=1的面积公式为S=πab，柱体体积为底面积乘以高．）
（3）为了使隧道内部美观，要求在拱线上找两个点M、N，使它们所在位置的高度恰好是限高5m，现以M、N以及椭圆的左、右顶点为支点，用合金钢板把隧道拱线部分连接封闭，形成一个梯形，若l=30m，梯形两腰所在侧面单位面积的钢板造价是梯形顶部单位面积钢板造价的
2
倍，试确定M、N的位置以及h的值，使总造价最少．
精英家教网如图，某隧道设计为双向四车道，车道总宽为8
7
m，要求通行车辆限高4.5m，隧道全长为2.5km，隧道的拱线可近似的看成半个椭圆形状．
（1）若最大拱高h为6m，则隧道设计的拱宽l是多少？
（2）若最大拱高h不小于6m，则应如何设计拱高h和拱宽l，才能使隧道的土方工程量最小？
（注：①半个椭圆的面积公式为S=
π
4
lh；②隧道的土方工程量=截面面积×隧道长）．

（03年上海卷）（14分）

 如图，某隧道设计为双向四车道，车道总宽22米，要求通行车辆限高4.5米，隧道全长2.5千米，隧道的拱线近似地看成半个椭圆形状.

   （1）若最大拱高h为6米，则隧道设计的拱

        宽l是多少？

   （2）若最大拱高h不小于6米，则应如何设

        计拱高h和拱宽l，才能使半个椭圆形隧

        道的土方工程量最最小？

      （半个椭圆的面积公式为，柱体体积为：底面积乘以高.本题结果精确到0.1米）

 

 

 

 

 

 

如图，某隧道设计为双向四车道，车道总宽22m，要求通行车辆限高4.5m，隧道全长2.5km，隧道的拱线近似地看成半个椭圆形状。

（1）若最大拱高h为6m，则拱宽应设计为多少？

（2）若最大拱高h不小于6m，则应如何设计拱高h和拱宽，才能使建造这个隧道的土方工程量最小（半椭圆面积公式为h）？

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