综合题与应用题 / 最值应用 / 常规计算与结论整理 / 几何约束下的单变量最值建模
欲围一个面积 $150$ 平方米的矩形场地,所用材料的造价其正面是每米 $6$ 元,其余三面是每米 $3$ 元,问场地的长、宽各为多少时,才能使造价最低?
正确答案
长 $10$ 米,宽 $15$ 米
题目解析
【解】设矩形场地垂直于正面的边长(宽)为 $x$ 米,平行于正面的边长(长)为 $y$ 米。
由题意知面积 $xy=150$,故 $y=\dfrac{150}{x}$,其中 $x>0$。
设总造价为 $C$ 元。正面造价为 $6y$,其余三面(两个宽和一个背面长)造价为 $3(2x+y)$。
建立目标函数:
$$C(x) = 6y + 3(2x+y) = 9y + 6x = 9\left(\dfrac{150}{x}\right) + 6x = \dfrac{1350}{x} + 6x.$$
求导数以寻找极值点:
$$C'(x) = -\dfrac{1350}{x^2} + 6.$$
令 $C'(x)=0$,解得 $x^2 = \dfrac{1350}{6} = 225$。因 $x>0$,故 $x=15$。
检验二阶导数:$C''(x) = \dfrac{2700}{x^3}$。当 $x=15$ 时,$C''(15)>0$,故 $x=15$ 为极小值点,也是最小值点。
此时长 $y = \dfrac{150}{15} = 10$ 米。
因此,当场地的长为 10 米,宽为 15 米时,造价最低。
由题意知面积 $xy=150$,故 $y=\dfrac{150}{x}$,其中 $x>0$。
设总造价为 $C$ 元。正面造价为 $6y$,其余三面(两个宽和一个背面长)造价为 $3(2x+y)$。
建立目标函数:
$$C(x) = 6y + 3(2x+y) = 9y + 6x = 9\left(\dfrac{150}{x}\right) + 6x = \dfrac{1350}{x} + 6x.$$
求导数以寻找极值点:
$$C'(x) = -\dfrac{1350}{x^2} + 6.$$
令 $C'(x)=0$,解得 $x^2 = \dfrac{1350}{6} = 225$。因 $x>0$,故 $x=15$。
检验二阶导数:$C''(x) = \dfrac{2700}{x^3}$。当 $x=15$ 时,$C''(15)>0$,故 $x=15$ 为极小值点,也是最小值点。
此时长 $y = \dfrac{150}{15} = 10$ 米。
因此,当场地的长为 10 米,宽为 15 米时,造价最低。