题目内容

13.某工艺品厂要设计一个如图Ⅰ所示的工艺品,现有某种型号的长方形材料如图Ⅱ所示,其周长为4m,这种材料沿其对角线折叠后就出现图Ⅰ的情况.如图,ABCD(AB>AD)为长方形的材料,沿AC折叠后AB'交DC于点P,设△ADP的面积为
S2,折叠后重合部分△ACP的面积为S1.
(Ⅰ)设AB=xm,用x表示图中DP的长度,并写出x的取值范围;
(Ⅱ)求面积S2最大时,应怎样设计材料的长和宽?
(Ⅲ)求面积(S1+2S2)最大时,应怎样设计材料的长和宽?

分析 (Ⅰ)设AB=xm,利用△ADP≌△CB'P,故PA=PC=x-y,结合PA2=AD2+DP2,即可用x表示图中DP的长度,并写出x的取值范围;
(Ⅱ)利用基本不等式求面积S2最大时,设计材料的长和宽;
(Ⅲ)求面积(S1+2S2),利用导数确定函数的单调性,即可得出最大时,设计材料的长和宽.

解答 解:(Ⅰ)由题意,AB=x,BC=2-x,
因为x>2-x,故1<x<2.…(2分)
设DP=y,则PC=x-y,
因为△ADP≌△CB'P,故PA=PC=x-y,
由PA2=AD2+DP2,得(x-y)2=(2-x)2+y2,$y=2({1-\frac{1}{x}}),1<x<2$.…(4分)
(Ⅱ)记△ADP的面积为S2,则${S_2}=({1-\frac{1}{x}})({2-x})$…(5分)
=$3-({x+\frac{2}{x}})≤3-2\sqrt{2}$,
当且仅当$x=\sqrt{2}∈({1,2})$时,S2取得最大值.…(7分)
故当材料长为$\sqrt{2}m$,宽为$({2-\sqrt{2}})m$时,S2最大.…(8分)
(Ⅲ)${S_1}+2{S_2}=\frac{1}{2}x({2-x})+({1-\frac{1}{x}})({2-x})=3-\frac{1}{2}({{x^2}+\frac{4}{x}})$,1<x<2.
于是$({{S_1}+2{S_2}})'=-\frac{1}{2}({2x-\frac{4}{x^2}})=\frac{{-{x^3}+2}}{x^2}=0$,∴$x=\root{3}{2}$.…(11分)
关于x的函数(S1+2S2)在$({1,\root{3}{2}})$上递增,在$({\root{3}{2},2})$上递减,
所以当$x=\root{3}{2}$时,S1+2S2取得最大值.…(12分)
故当材料长为$\root{3}{2}$m,宽为$({2-\root{3}{2}})$m时,S1+2S2最大.…(13分)

点评 本题考查利用数学知识解决实际问题,考查基本不等式,导数知识的运用,确定函数的表达式是关键.

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