從邊長為2a的正方形鐵皮的四個角各截去一個邊長為x的小正方形,再將四邊向上折起,做成一個無蓋的長方體鐵盒,且要求長方體的高度x與底面正方形的邊長的比不超過常數(shù)t.問:
(1)求長方體的容積V關于x的函數(shù)表達式;
(2)x取何值時,長方體的容積V有最大值?
分析:(1)先求出長方體的底面正方形的邊長和高,便可求出長方體的容積V解析式.
(2)把容積V變形后使用基本不等式求出最大值,注意分析等號成立條件能否滿足,
當?shù)忍柍闪l件不能滿足時,利用導數(shù)值的符號確定函數(shù)的單調性,由單調性確定函數(shù)的最大值.
解答:解:(1)長方體的底面正方形的邊長為2a-2x,高為x,所以,容積V=4(x-a)2x,
x
2a-2x
≤t
,得 0<x≤
2ta
1+2t
,
(2)由均值不等式知V=2(a-x)(a-x)(2x)≤2(
a-x+a-x+2x
3
)3=
16a3
27
,
當a-x=2x,即x=
a
3
時等號成立.
①當
a
3
2ta
1+2t
,即t≥
1
4
,Vmax=
16a3
27

②當
a
3
2ta
1+2t
,即0<t<
1
4
時,V(x)=12(x-
2a
3
)2-
4a2
3
,
則V′(x)在(0,
a
3
)
上單調遞減,
V(x)≥V(
2ta
1+2t
)>V(
a
3
)=0
,
∴V(x)在(0,
2ta
1+2t
]
單調遞增,
V(x)max=V(
2ta
1+2t
)=
8ta3
(1+2t)3

總之,若0<t<
1
4
,則當x=
2ta
1+2t
時,Vmax=
8ta3
(1+2t)3

t≥
1
4
,則當x=
a
3
時,Vmax=
16a3
27
點評:本題考查基本不等式在函數(shù)最值中的應用,利用導數(shù)來研究函數(shù)的單調性,由函數(shù)的單調性確定函數(shù)的最大值.
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