(2009•江苏模拟)某工艺品厂要生产如图所示的一种工艺品,该工艺品由一个圆柱和一个半球组成,要求半球的半径和圆柱的底面

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  • 解题思路:(1)由题知圆柱的底面半径为2x,半球的半径为3x.设圆柱的高为h(cm).通过试工艺品的体积,求出圆柱的高于底面半径的关系,然后写出S关于x的函数关系式;

    (2)利用(1)的表达式,通过导数,求出极值点,说明高、底面半径、球的半径的数值使工艺品的表面积最小.

    (1)由题知圆柱的底面半径为2x,半球的半径为3x.

    设圆柱的高为h(cm).因为工艺品的体积为34πcm3,所以[1/2×

    4

    3(3x)3+π(2x)2h=34π,

    所以h=

    17

    2x2−

    9

    2x,所以工艺品的表面积为

    S=

    1

    2×4π(3x)2+2π(2x)h+π(3x)2+2×π(2x)2

    =35πx2+4πx(

    17

    2x2−

    9

    2x)

    =17π(x2+

    2

    x).

    由x>0且h=

    17

    2x2−

    9

    2x>0,得0<x<

    351

    3.

    所以S关于x的函数关系式是S=17π(x2+

    2

    x),0<x<

    351

    3.

    (2)由(1)知,S′=17π(2x−

    2

    x)=

    34π(x3−1)

    x2,0<x<

    351

    3.令S'=0,得x=1.

    当0<x<1时,S'<0,所以S关于x∈(0,1]是单调减函数;

    当1<x<

    351

    3]时,S'>0,所以S关于x∈[1,

    351

    3)是单调增函数.

    所以,当x=1时,S取得最小值Smin=17π(12+

    2

    1)=51π,此时h=4.

    答:按照圆柱的高为4cm,圆柱的底面半径为2cm,半球的半径为3cm设计,工艺品的表面积最小,为51πcm2

    点评:

    本题考点: 组合几何体的面积、体积问题;导数在最大值、最小值问题中的应用.

    考点点评: 本题是中档题,考查空间想象能力,逻辑思维能力,体积计算能力,能够正确求出表面积的表达式是解好本题的关键,利用导数求函数的最值是常用方法.

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