(20)(本小题满分 12 分,(I)小问 5 分,(II…——2013 高考数学第 20 题答案解析

2013_退役省自主命题 (2013·文)

2013 全国 第 20 题 解答题 区分题
2013_退役省自主命题 (2013·文)

(20)(本小题满分 12 分,(I)小问 5 分,(II)小问 7 分)
某村庄拟修建一个无盖的圆柱形蓄水池(不计厚度)。设该蓄水池的底面半径为 $r$ 米,高为 $h$ 米,体积为 $V$ 立方米。假设建造成本仅与表面积有关,侧面积的建造成本为 100 元/平方米,底面的建造成本为 160 元/平方米,该蓄水池的总建造成本为 12000 $\pi$ 元( $\pi$ 为圆周率)。
(I)将 $V$ 表示成 $r$ 的函数 $V(r)$,并求该函数的定义域;
(II)讨论函数 $V(r)$ 的单调性,并确定 $r$ 和 $h$ 为何值时该蓄水池的体积最大.

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【解析】:(I)蓄水池侧面的总成本为 $100 \cdot 2 \pi r h=200 \pi r h$ 元,底面的总成本为 $160 \pi r^{2}$ 元,所以蓋水池的总成本为 $\left(200 \pi r h+160 \pi r^{2}\right)$ 元又据题意 $200 \pi r h+160 \pi r^{2}=12000 \pi$所以 $h=\frac{1}{5 r}\left(300-4 r^{2}\right)$ 从而 $V(r)=\pi r^{2} h=\frac{\pi}{5}\left(300 r-4 r^{3}\right)$ 因 $r>0$ 又由 $h>0$ 可得 $r<5 \sqrt{3}$ 故函数 $V(r)$ 的定义域 $(0,5 \sqrt{3})$
(II)因 $V(r)=\frac{\pi}{5}\left(300 r-4 r^{3}\right)$ 故 $V^{\prime}(r)=\frac{\pi}{5}\left(300-12 r^{2}\right)$ 令 $V^{\prime}(r)=0$,解得 $r_{1}=5, r_{2}=-5$(不在定义域内,舍去)当 $r \in(0,5)$ 时 $V^{\prime}(r)>0$ 故 $V(r)$ 在 $(0,5)$ 上为增函数;当 $r \in(5,5 \sqrt{3})$ 时 $V^{\prime}(r)<0$ 故 $V(r)$ 在 $(5,5 \sqrt{3})$ 上为减函数;由肌可知 $V(r)$ 在 $r=5$ 处取得最大值,此时 $h=8$,即当 $r=5, h=8$ 时该蓄水池的体积最大

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