Question

汶川大地震后，为了消除某堰塞湖可能造成的危险，救授指挥部商定，给该堰塞湖挖一个横截面为等腰梯形的简易引水槽（如图所示）进行引流，已知等腰梯形的下底与腰的长度都为a，且水槽的单位时间内的最大流量与横载面的面积为正比，比例系数k＞0．
（1）试将水槽的最大流量表示成关于θ的函数f（θ）；
（2）为确保人民的生命财产安全，请你设计一个方案，使单位时间内水槽的流量最大（即当θ为多大时，单位时间内水槽的流量最大）．

Answer

（1）利用三角形面积公式表示出水槽的最大流量，注意变量角的取值范围；
（2）利用（1）中的函数式，借助导数知识求出函数的最值，即将设计方案问题转化成最优化问题（最值）解决．
【解析】
（1）设水槽的横截面面积为s，
则
所以
（2）因为f'（θ）=a2k（2cos2θ+cosθ-1），
令f'（θ）=0，则2cos2θ+cosθ-1=0．
解得或cosθ=-1，
由知cosθ≠-1，所以
当时，f'（θ）＞0，即f（θ）在上递增，
当时，f'（θ）＜0，即f（θ）在上递减，
所以当时，水槽的流量最大，
即设计成的等腰梯形引水槽，可使单位时间内水槽的流量最大．