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Ejercicio optimización
Ir a Guion problemas de optimización 11º aniversario
 

A partir de cartones cuadrados se quieren construir cajas sin tapa dando cortes cuadrados en las esquinas. ¿De qué medida hay que dar el corte para que el volumen sea máximo si el área es de un metro cuadrado?

SOLUCIÓN.

1) La magnitud a optimizar es el volumen de las cajas.

2) Expresamos el volumen mediante un a función. Si x es el corte que se da en las esquinas e y el ancho resultante de la base de la caja (ver derecha), se tiene que el volumen V es: \[V=y^2·x\]

3) Reducimos el número de variables independientes a una:

Como el área del cartón es de un metro cuadrado, el lado es \[\sqrt{1}=1\]

Entonces: \[x+y+x=1\]

\[y=1-2x\]

Sustituyendo

\[V=(1-2x)^2·x=4x^3-4x^2+x\]

Se trata de calcular el máximo absoluto de la función V.

4) Hallamos los extremos relativos.

Derivando V:

\[V'=12x^2-8x+1\]

Se iguala a cero \[12x^2-8x+1=0\]

Resolviendo, se tienen las soluciones \(x=\dfrac{1}{2}; x=\dfrac{1}{6}\)

Derivando V':

\[V''=24x-8\]

Vemos el signo de V'' en los ceros de V':

\(V''\left(\dfrac{1}{2}\right)=4>0\), por lo que \(x=\dfrac{1}{2}\) es un mínimo relativo.

\(V''\left(\dfrac{1}{6}\right)=-4<0\), por lo que \(x=\dfrac{1}{6}\) es un máximo relativo.

5) La variable x, la medida del corte de las esquinas, oscila entre \(0\), por ser una longitud, y \(\dfrac{1}{2}\), por ser un metro el lado del cartón inicial.

\[V(0)=4·0^3-4·0^2+0=0\]

\[V\left(\dfrac{1}{2}\right)=4\left(\dfrac{1}{2}\right)^3-4\left(\dfrac{1}{2}\right)^2+\dfrac{1}{2}=0\]

Sin embargo, en \(x=\dfrac{1}{6}\) tenemos:

\[V\left(\dfrac{1}{6}\right)=4\left(\dfrac{1}{6}\right)^3-4\left(\dfrac{1}{6}\right)^2+\dfrac{1}{6}=\dfrac{2}{27}\]

por lo que la función V tiene en \(x=\dfrac{1}{6}\) un máximo absoluto.

6) Dado que lo que se pide es el corte que hay que dar al cartón en cada esquina, la respuesta es \(\dfrac{1}{6}\) de metro. Se puede, además, dar el lado de la base de la caja: \(y=1-2x=1-2·\dfrac{1}{6}\), es decir, \(\dfrac{2}{3} m\), siendo el volumen resultante \(\dfrac{2}{27} m^3 \).

7) Reflexionamos.

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Alberto Rodriguez Santos
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