Um fazendeiro quer uma cerca em um lote retangular de terra adjacente à parede norte de seu celeiro. Nenhuma cerca é necessária ao longo do celeiro e a cerca ao longo do lado oeste do lote é compartilhada com um vizinho que vai dividir o custo daquela parte da cerca. Se a cerca custa
por metro linear para instalar e o fazendeiro não está disposto a gastar mais do que
, encontre as dimensões do lote que englobaria a maior área.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O problema fala sobre um fazendeiro que quer cercar um terreno retangular ao lado da parede norte do seu celeiro. Ele não precisa cercar essa parede nem o lado oeste, que é compartilhado com o vizinho. O custo da cerca é de $30 por metro, e ele não quer gastar mais que $1.800. Nosso objetivo é descobrir quais são as dimensões desse terreno que dão a maior área possível dentro desse orçamento. Vamos usar geometria e um pouco de cálculo para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos desenhar o cenário para entender melhor. Imagine o terreno como um retângulo com a parede do celeiro formando um dos lados (lado norte). Assim, precisamos cercar os outros três lados: sul, leste e oeste. Porém, o lado oeste é compartilhado com o vizinho, então o fazendeiro só paga metade do custo dessa parte.
Passo 3
Vamos chamar a largura do terreno (paralela à parede do celeiro) de
metros e o comprimento (perpendicular à parede) de
metros. A área
do terreno será:
Nosso objetivo é maximizar
.
Passo 4
Agora, vamos calcular o custo total da cerca. O fazendeiro precisa cercar o lado sul (
), o lado leste (
) e metade do lado oeste (
), já que o vizinho paga a outra metade. O custo total
fica:
Sabemos que ele não quer gastar mais que $1.800, então:
Passo 5
Vamos simplificar essa inequação dividindo todos os termos por 15:
Para facilitar, vamos transformar isso em uma equação de igualdade, assumindo que o fazendeiro vai gastar exatamente $1.800:
Passo 6
Agora, queremos expressar uma variável em termos da outra para substituir na fórmula da área. Vamos isolar
:
Passo 7
Substituindo
na equação da área:
Agora temos a área em função de
.
Passo 8
Para encontrar o valor de
que maximiza a área, vamos derivar
em relação a
e igualar a zero:
Resolvendo para
:
Passo 9
Agora que temos
metros, vamos encontrar
usando a equação que isolamos anteriormente:
Resposta
As dimensões do lote que proporcionam a maior área, dentro do orçamento de $1.800, são 30 metros de largura e 20 metros de comprimento.