本题导读
本题考查基本不等式在实际问题中的应用。核心在于材料约束下用均值不等式求 的最大值。
📌【题干】
Question
(1998年全国卷(文)) 如图,为处理含有某种杂质的污水,要制造一底宽为 米的无盖长方体沉淀槽,污水从 孔流入,经沉淀后从 孔流出.设箱体的长度为 米,高度为 米.已知流出的水中该杂质的质量分数与 , 的乘积 成反比.现有制箱材料 平方米.问当 , 各为多少米时,经沉淀后流出的水中该杂质的质量分数最小.(, 孔的面积忽略不计)
🔍【思路分析】
破题导航
- 设质量分数 ,问题化为在材料约束下使 最大。
- 列出材料面积方程,用均值不等式求 最大值及等号条件。
✅【答案】
Success
米, 米
✍【详细解析】
Abstract
设流出水中杂质的质量分数为 ,由题意存在常数 ,使 。因而要使 最小,只需在材料约束下使 最大。无盖箱体的材料面积为底面 、两个长侧面 和两个端面 之和,所以 ,即 。令 ,由基本不等式得 ,于是 。令 ,则 ,即 ,所以 ,从而 。等号成立当且仅当 。由 得 ,所以 ,。因此当 米、 米时,质量分数最小。
💡【考点归纳与避坑指南】
Danger
核心考点:基本不等式的实际应用
核心方法:材料 ,即 ;令 ,,得 ,令 得 ,,,等号 ,故
避坑指南:材料约束下均值最值
📖【试题探源与推广】
Tip
试题探源:源于教材基本不等式的应用
结论推广:一般地,材料约束下用均值不等式求最值
方法推广:均值不等式求最值
🔗【关联脉络】
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