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Ejercicios de Cálculo
← 5.3 Optimización

Lata cilíndrica con la menor cantidad de material

Tema
5. Aplicaciones de la derivada › 5.3 Optimización
Dificultad
Intermedio
Método
Eliminación de una variable con la restricción y primera derivada

Se quiere fabricar una lata cilíndrica cerrada de 10001000 cm³ (un litro) con la menor superficie posible. Halla el radio y la altura.

Ver solución
  1. Restricción: πr2h=1000\pi r^2 h = 1000, de donde h=1000πr2h = \frac{1000}{\pi r^2}.
  2. Superficie (dos tapas y el lateral): S=2πr2+2πrh=2πr2+2000rS = 2\pi r^2 + 2\pi rh = 2\pi r^2 + \frac{2000}{r}, con r>0r > 0.
  3. S′(r)=4πr−2000r2=0S'(r) = 4\pi r - \frac{2000}{r^2} = 0, de donde r3=500πr^3 = \frac{500}{\pi} y r=500π3≈5.42r = \sqrt[3]{\frac{500}{\pi}} \approx 5.42 cm. Como S′′(r)=4π+4000r3>0S''(r) = 4\pi + \frac{4000}{r^3} > 0, es un mínimo.
  4. Altura: h=1000πr2h = \frac{1000}{\pi r^2}. Como πr3=500\pi r^3 = 500, se tiene h=1000πr3⋅r=2r≈10.84h = \frac{1000}{\pi r^3} \cdot r = 2r \approx 10.84 cm. La altura óptima es igual al diámetro.

Resultado final: r=500π3≈5.42r = \sqrt[3]{\dfrac{500}{\pi}} \approx 5.42 cm y h=2r≈10.84h = 2r \approx 10.84 cm.