Question

13．某工藝品廠要設(shè)計(jì)一個(gè)如圖Ⅰ所示的工藝品，現(xiàn)有某種型號(hào)的長(zhǎng)方形材料如圖Ⅱ所示，其周長(zhǎng)為4m，這種材料沿其對(duì)角線折疊后就出現(xiàn)圖Ⅰ的情況．如圖，ABCD（AB＞AD）為長(zhǎng)方形的材料，沿AC折疊后AB'交DC于點(diǎn)P，設(shè)△ADP的面積為
S₂，折疊后重合部分△ACP的面積為S₁．
（Ⅰ）設(shè)AB=xm，用x表示圖中DP的長(zhǎng)度，并寫出x的取值范圍；
（Ⅱ）求面積S₂最大時(shí)，應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)材料的長(zhǎng)和寬？
（Ⅲ）求面積（S₁+2S₂）最大時(shí)，應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)材料的長(zhǎng)和寬？

Answer 1

分析 （Ⅰ）設(shè)AB=xm，利用△ADP≌△CB'P，故PA=PC=x-y，結(jié)合PA²=AD²+DP²，即可用x表示圖中DP的長(zhǎng)度，并寫出x的取值范圍；
（Ⅱ）利用基本不等式求面積S₂最大時(shí)，設(shè)計(jì)材料的長(zhǎng)和寬；
（Ⅲ）求面積（S₁+2S₂），利用導(dǎo)數(shù)確定函數(shù)的單調(diào)性，即可得出最大時(shí)，設(shè)計(jì)材料的長(zhǎng)和寬．

解答 解：（Ⅰ）由題意，AB=x，BC=2-x，
因?yàn)閤＞2-x，故1＜x＜2．…（2分）
設(shè)DP=y，則PC=x-y，
因?yàn)椤鰽DP≌△CB'P，故PA=PC=x-y，
由PA²=AD²+DP²，得（x-y）²=（2-x）²+y²，$y=2（{1-\frac{1}{x}}），1＜x＜2$．…（4分）
（Ⅱ）記△ADP的面積為S₂，則${S_2}=（{1-\frac{1}{x}}）（{2-x}）$…（5分）
=$3-（{x+\frac{2}{x}}）≤3-2\sqrt{2}$，
當(dāng)且僅當(dāng)$x=\sqrt{2}∈（{1，2}）$時(shí)，S₂取得最大值．…（7分）
故當(dāng)材料長(zhǎng)為$\sqrt{2}m$，寬為$（{2-\sqrt{2}}）m$時(shí)，S₂最大．…（8分）
（Ⅲ）${S_1}+2{S_2}=\frac{1}{2}x（{2-x}）+（{1-\frac{1}{x}}）（{2-x}）=3-\frac{1}{2}（{{x^2}+\frac{4}{x}}）$，1＜x＜2．
于是$（{{S_1}+2{S_2}}）'=-\frac{1}{2}（{2x-\frac{4}{x^2}}）=\frac{{-{x^3}+2}}{x^2}=0$，∴$x=\root{3}{2}$．…（11分）
關(guān)于x的函數(shù)（S₁+2S₂）在$（{1，\root{3}{2}}）$上遞增，在$（{\root{3}{2}，2}）$上遞減，
所以當(dāng)$x=\root{3}{2}$時(shí)，S₁+2S₂取得最大值．…（12分）
故當(dāng)材料長(zhǎng)為$\root{3}{2}$m，寬為$（{2-\root{3}{2}}）$m時(shí)，S₁+2S₂最大．…（13分）

點(diǎn)評(píng) 本題考查利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，考查基本不等式，導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用，確定函數(shù)的表達(dá)式是關(guān)鍵．