题目内容

如图1所示,一根水平放置的长方体枕木的安全负荷与它的宽度a成正比,与它的厚度d的平方成正比,与它的长度l的平方成反比.
(1)若a>d,将此枕木翻转90°(即宽度变为了厚度),枕木的安全负荷会变大吗?为什么?
(2)现有一根横截面为半圆,半径为
3
的柱形木材,用它截取成横截面为长方形的枕木(如图2所示),其长度即为枕木规定的长度,问如何截取,可使安全负荷最大?
考点:不等式的综合,弧度与角度的互化
专题:不等式
分析:(1)根据题意,可设原来的安全负荷为y1=k•
ad2
l2
,k为正常数,由翻转90°后,安全负荷为y2=k•
da2
l2
,然后通过作商比较大小,讨论a、d的大小关系,可得正确结论;
(2)半圆的半径为R,设截取的枕木宽为a,高为d,则根据垂径定理,得a2+4d2=4R2.根据木材长度l为枕木规定的长度是一个不变的定值,得到当u=ad2最大时,安全负荷最大,建立关系式u=d2
a2
.利用基本不等式可得d=
2
,a=2时,安全负荷最大.
解答: 解:(1)由题意设安全负荷为y1=k•
ad2
l2
,k为正常数,
由翻转90°后,安全负荷为y2=k•
da2
l2

y1
y2
=
d
a
,0<d<a,
∴y1<y2
∴枕木的安全负荷会变大.
(2)如图,设截取有枕木宽度为a,高为d,
根据垂径定理,得(
a
2
)
2
+d2=R2
,即a2+4d2=4R2
∵∵枕木长度不变,
∴u=ad2最大时,安全负荷最大
∴u=d2
a2
=d 2
12-4d2
=2
d4(3-d2)

=4
d2
2
d2
2
•(3-d2)

≤4
(
d2
2
+
d2
2
+(3-d2))3
3

=4,
当且仅当
d2
2
=3-d2
,即d=
2
,a=2时,u最大,即安全负荷最大.
点评:本题借助于一个实际问题,通过求枕木安全负荷的最值,着重考查了基本不等式在最值问题中的应用,考查了根据实际问题选择函数类型的方法,属于中档题
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