Un pastor quiere callar un campo rectangular de 3600m2 de superficie. ¿Cuáles deben ser las dimensiones del terreno para que el coste sea mínimo?
Dibuja un rectángulo, y puedes designar a la longitud de su base con x, y a la longitud de su altura con y,
y observa que tanto x como y toman valores estrictamente positivos.
Luego, puedes plantear para la superficie:
x*y = 3600, de donde puedes despejar: y = 3600/x (1).
Luego, observa que la valla debe extenderse por todo el perímetro del terreno rectangular, por lo que puedes plantear:
P = 2x + 2y,
luego sustituyes la expresión señalada (1) y queda:
P(x) = 2x + 2*3600/x, que es la expresión del perímetro del terreno en función de la longitud de la base del rectángulo.
Luego resuelves el coeficiente en el segundo término de la expresión y queda:
P(x) = 2x + 7200/x (2),
luego plantea las expresiones de sus derivadas primera y segunda y quedan:
P ' (x) = 2 - 7200/x2,
P ' ' (x) = 14400/x3.
Luego plantea la condición de punto crítico (posible máximo o posible mínimo):
P ' (x) = 0, sustituyes y queda:
2 - 7200/x2 = 0, haces pasaje de término y queda:
2 = 7200/x2, haces pasaje de divisor como factor y queda:
2*x2 = 7200, haces pasaje de factor como divisor y queda:
x2 = 3600, haces pasaje de potencia como raíz (observa que consideramos solamente la solución positiva) y queda:
x = 60 m;
luego evalúas la expresión de la derivada segunda para este valor y queda:
P ' ' (60) = 14400/603 = 1/15 > 0,
por lo que tienes que la gráfica de la función es cóncava hacia abajo, y el perímetro es mínimo para x = 60 m,
luego reemplazas en la ecuación señalada (1) y queda:
y = 3600/60 = 60 m,
luego reemplazas en la ecuación señalada (2) y queda:
P(60) = 2*60 + 7200/60 = 120 + 120 = 240 m.
Por lo tanto, puedes concluir que el terreno debe ser cuadrado, de sesenta metros de lado.
Espero haberte ayudado.