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L'esperto di matematica

Un sottotetto abitabile

Eleonora chiede un aiuto a proposito di un problema geometrico da risolvere con l'uso di equazioni algebriche.
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Ricevo da Eleonora la seguente domanda:   Caro professore, volevo chiederle un aiuto per il seguente problema (pag.34, n.114, Verso la seconda prova di matematica, ed. 2016). Ambrogio vuole ristrutturare il sottotetto della sua casa, che ha le misure indicate a lato. Per ottenere l’abitabilità, l’altezza minima del vano abitabile deve essere di \(1,50\;m\), mentre l’altezza media ponderale (Hmp), cioè il rapporto tra il volume del locale e la superficie del vano abitabile, deve essere di \(2,10\;m\). a. Per risolvere il problema dell’altezza minima, Ambrogio pensa a un armadio a muro lungo tutta la parete più bassa del locale, in modo da portare l’altezza minima del vano abitabile esattamente a \(1,50\;m\). Calcola la profondità dell’armadio. b. Con questo armadio, qual è il valore dell’Hmp? c. Anche con l’inserimento dell’armadio, l’Hmp sarebbe ancora inferiore al parametro di legge. Quale dovrebbe essere la profondità minima dell’armadio affinché il sottotetto rispetti entrambi i parametri?   Grazie.   Le rispondo così:   Cara Eleonora, consideriamo il profilo della parte più bassa del sottotetto, e indichiamo con \(x\) la profondità dell’armadio, \(0\le x\le 3\), e con \(y\) la differenza tra l’altezza della parete anteriore e quella posteriore dell’armadio stesso: per similitudine, si deduce la proporzione \(y:x=0,6:3\), cioè \(y=0,2x\), per cui: \[1,4+0,2x=1,5\leftrightarrow x=0,5\,m\quad .\] La superficie calpestabile, in funzione della profondità \(x\) dell’armadio, è data da \(S(x)=5(6-x)\), mentre il volume del vano abitabile corrispondente è dato da: \[V\left( x \right)=5\left( \frac{3\cdot 4,5}{2}+\frac{\left( 3,4+0,2x \right)\left( 3-x \right)}{2} \right)=\frac{118,5-14x-{{x}^{2}}}{2}\,{{m}^{3}}\] e di conseguenza l’indice Hmp è dato in funzione della profondità \(x\) dell’armadio dalla seguente: \[Hmp\left( x \right)=\frac{118,5-14x-{{x}^{2}}}{10\left( 6-x \right)}\,m\quad .\] Se \(x=0,5\;m\), si ha \(Hmp=\frac{111,25}{55}\approx 2,022\,m\), inferiore al parametro di legge: affinchè l’indice sia adeguato si deve avere: \[\frac{118,5-14x-{{x}^{2}}}{10\left( 6-x \right)}=2,1\to ...\to {{x}^{2}}-7x+7,5=0\to {{x}_{1}}=\frac{7+\sqrt{19}}{2}\approx 5,68\,m\vee {{x}_{2}}=\frac{7-\sqrt{19}}{2}\approx 1,32\,m\] e ovviamente il valore accettabile è \(x=1,32\;m\).   Massimo Bergamini
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