本题导读

本题考查椭圆在实际问题中的应用。核心在于建立坐标系写出椭圆方程并求最值。

📌【题干】

Question

(2003年上海卷(文)) 如图,某隧道设计为双向四车道,车道总宽 米,要求通行车辆限高 米,隧道全长 千米,隧道的拱线近似地看成半个椭圆形状.

(1) 若最大拱高 为 米,则隧道设计的拱宽 是多少?

(2) 若最大拱高 不小于 米,则应如何设计拱高 和拱宽 ,才能使半个椭圆形隧道的土方工程量最小? (注:半个椭圆的面积公式为 ,柱体体积为底面积乘以高,本题结果精确到 米)

🔍【思路分析】

破题导航

  1. 以拱顶为原点、地面为 轴建系,椭圆 。
  2. 代入限高点 得 与 的关系,再求土方量 的最小值。

✅【答案】

Success

(1) 米;(2) 当 米、 米时土方工程量最小

✍【详细解析】

Abstract

(1) 建系后椭圆方程为 .将 、、 代入得 ,解得 ,即 ,故 米。 (2) 土方工程量正比于椭圆面积 ,故须在 (即 )约束下求 最小。由均值不等式(或求导)得当 时 最小,结合约束得 米、 米。

💡【考点归纳与避坑指南】

Danger

  1. 核心考点:椭圆隧道土方量最值
  2. 核心方法:(1) 椭圆 代入 求 ;(2) 土方量 ,约束下 最小
  3. 避坑指南:应用题建系写椭圆方程,土方量正比于椭圆面积

📖【试题探源与推广】

Tip

  1. 试题探源: 源于教材椭圆的实际应用
  2. 结论推广: 一般地,土方量正比于椭圆面积 ;建系写方程,代入约束条件求最值

🔗【关联脉络】

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