1. 【问题提出】

在绿化公园时,需要安装一定数量的自动喷洒装置,定时喷水养护,某公司准备在一块边长为18m的正方形草坪(如图1)中安装自动喷洒装置,为了既节约安装成本,又尽可能提高喷洒覆盖率,需要设计合适的安装方案.

说明:一个自动喷洒装置的喷洒范围是半径为rm)的圆面.喷洒覆盖率s为待喷洒区域面积,k为待喷洒区域中的实际喷洒面积.

【数学建模】

这个问题可以转化为用圆面覆盖正方形面积的数学问题.

【探索发现】

(1) 如图2,在该草坪中心位置设计安装1个喷洒半径为9m的自动喷洒装置,该方案的喷洒覆盖率ρ=
(2) 如图3,在该草坪内设计安装4个喷洒半径均为的自动喷洒装置;如图4,设计安装9个喷洒半径均为3m的自动喷洒装置;…,以此类推,如图5,设计安装n2个喷洒半径均为的自动喷洒装置.与(1)中的方案相比,采用这种增加装置个数且减小喷洒半径的方案,能否提高喷洒覆盖率?请判断并给出理由.
(3) 如图6所示,该公司设计了用4个相同的自动喷洒装置喷洒的方案,且使得该草坪的喷洒覆盖率ρ=1.已知AEBFCGDH , 设AExm),⊙O1的面积为ym2),求y关于x的函数表达式,并求当y取得最小值时r的值.
(4) 【问题解决】

该公司现有喷洒半径为的自动喷洒装置若干个,至少安装几个这样的喷洒装置可使该草坪的喷洒覆盖率ρ=1?(直接写出结果即可)

【考点】
二次函数的实际应用-喷水问题; 圆与四边形的综合;
【答案】

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2. 根据以下素材,探索完成任务.

如何设计喷泉安全通道?

在抛物线形的喷泉水柱下设置一条安全的通道,可以让儿童在任意时间穿过安全通道时不被水柱喷到(穿梭过程中人的高度变化忽略不计).

素材1

图1为音乐喷泉,喷头的高度在垂直地面的方向上随着音乐变化而上下移动.不同高度的喷头喷出来的水呈抛物线型或抛物线的一部分,但形状相同,最高高度也相同,水落地点都在喷水管的右侧.

素材2

图2是当喷水头在地面上时(喷水头最低),其抛物线形水柱的示意图,水落地点离喷水口的距离为 , 水柱最高点离地面

图3是某一时刻时,水柱形状的示意图.为喷水管,为水的落地点,记长度为喷泉跨度.

素材3

安全通道在线段上,若无论喷头高度如何变化,水柱都不会进入上方的矩形区域,则称这个矩形区域为安全区域.

问题解决

任务1

确定喷泉形状.

在图2中,以为原点,所在直线为轴,建立平面直角坐

标系,求出抛物线的函数表达式.

任务2

确定喷泉跨度的最小值.

若喷水管最高可伸长到 , 求出喷泉跨度的最小值.

任务3

设计通道位置及儿童的身高上限.

现在需要一条宽为的安全通道 , 为了确保进入安全通道

上的任何人都能在安全区域内,则能够进入该安全通道的人

的最大身高为多少?(精确到

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