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Ejercicios de Cálculo
← 5.3 Optimización

Tubería de costo mínimo cruzando un río

Tema
5. Aplicaciones de la derivada › 5.3 Optimización
Dificultad
Avanzado
Método
Optimización con restricciones geométricas

Una planta está en la orilla de un río recto de 11 km de ancho. Hay que llevar una tubería hasta un pueblo en la orilla opuesta, 44 km río abajo. El tendido bajo el agua cuesta 55 mil soles/km y en tierra 33 mil soles/km. ¿Cómo se minimiza el costo?

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  1. La tubería cruza el río en diagonal hasta un punto a xx km río abajo (en la otra orilla) y sigue por tierra los 4−x4 - x km restantes, con 0≤x≤40 \le x \le 4.
  2. Costo (miles de soles): C(x)=51+x2+3(4−x)C(x) = 5\sqrt{1 + x^2} + 3(4 - x).
  3. C′(x)=5x1+x2−3=0C'(x) = \frac{5x}{\sqrt{1 + x^2}} - 3 = 0, es decir, 5x=31+x25x = 3\sqrt{1 + x^2}. Elevando al cuadrado: 25x2=9+9x225x^2 = 9 + 9x^2, de donde x=34x = \frac{3}{4} (positivo).
  4. C(34)=5⋅54+3⋅134=25+394=16C\left(\frac{3}{4}\right) = 5 \cdot \frac{5}{4} + 3 \cdot \frac{13}{4} = \frac{25 + 39}{4} = 16. En los extremos: C(0)=17C(0) = 17 y C(4)=517≈20.6C(4) = 5\sqrt{17} \approx 20.6. El mínimo es 1616.

Resultado final: Cruzar en diagonal hasta 0.750.75 km río abajo y seguir por tierra; costo mínimo de S/ 16 000.