Question

為改善行人過(guò)馬路難的問(wèn)題，市政府決定在如圖所示的矩形區(qū)域ABCD（AB=60米，AD=104米）內(nèi)修建一座過(guò)街天橋，天橋的高GM與HN均為4

3

米，∠GEM=∠HFN=

π

6

，AE，EG，HF，F(xiàn)C的造價(jià)均為每米1萬(wàn)元，GH的造價(jià)為每米2萬(wàn)元，設(shè)MN與AB所成的角為α（α∈[0，

π

4

]），天橋的總造價(jià)（由AE，EG，GH，HF，F(xiàn)C五段構(gòu)成，GM與HN忽略不計(jì)）為W萬(wàn)元．
（1）試用α表示GH的長(zhǎng)；
（2）求W關(guān)于α的函數(shù)關(guān)系式；
（3）求W的最小值及相應(yīng)的角α．

Answer 1

分析：（1）先確定MP的值，再在Rt△NMT中，即可用α表示GH的長(zhǎng)；
（2）利用AE，EG，HF，F(xiàn)C的造價(jià)均為每米1萬(wàn)元，GH的造價(jià)為每米2萬(wàn)元，即可求出W關(guān)于α的函數(shù)關(guān)系式；
（3）求導(dǎo)函數(shù)，確定函數(shù)的單調(diào)性，即可求出W的最小值及相應(yīng)的角α．

解答：解：（1）由題意可知∠MNP=α，故有MP=60tanα，所以在Rt△NMT中，GH=MN=

60

cosα

…（6分）
（2）W=(80+16

3

-60tanα)×1+

60

cosα

×2=80+16

3

-60

sinα

cosα

+120

1

cosα

=80+16

3

-60

sinα-2

cosα

．…（11分）
（3）設(shè)f(α)=

sinα-2

cosα

（其中0 ≤ α ≤ 

π

4

)，
則f′(α)=

cosαcosα-(-sinα)(sinα-2)

cos2α

=

1-2sinα

cos2α

．
令f'（α）=0得1-2sinα=0，即sinα=

1

2

，得α=

π

6

．
列表

α	(0， π 6 )	π 6	( π 6 ， π 4 )
f'（α）	+	0	-
f（α）	單調(diào)遞增	極大值	單調(diào)遞減

所以當(dāng)α=

π

6

時(shí)有f(α)max=-

3

，此時(shí)有Wmin=80+16

3

+60

3

=80+76

3

．
答：排管的最小費(fèi)用為80+76

3

萬(wàn)元，相應(yīng)的角α=

π

6

．…（16分）

點(diǎn)評(píng)：本題考查函數(shù)模型的構(gòu)建，考查導(dǎo)數(shù)知識(shí)的運(yùn)用，考查函數(shù)的最值，考查學(xué)生的計(jì)算能力，屬于中檔題．