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.