1. Planteamos el problema: La vidriera está formada por un rectángulo con base $x$ y altura $y$, y sobre él una semicircunferencia de radio $r = \frac{x}{2}$. Queremos minimizar el perímetro total y que el área sea $8 + 2\pi$ metros cuadrados.
2. Expresamos el área total $A$ como la suma del área del rectángulo y el área de la semicircunferencia:
$$A = xy + \frac{1}{2} \pi r^2 = xy + \frac{1}{2} \pi \left(\frac{x}{2}\right)^2 = xy + \frac{\pi x^2}{8}$$
3. Dado que $A = 8 + 2\pi$, tenemos la ecuación:
$$xy + \frac{\pi x^2}{8} = 8 + 2\pi$$
4. Expresamos $y$ en función de $x$:
$$y = \frac{8 + 2\pi - \frac{\pi x^2}{8}}{x} = \frac{8 + 2\pi}{x} - \frac{\pi x}{8}$$
5. El perímetro $P$ es la suma del perímetro del rectángulo sin la base superior (porque está cubierta por la semicircunferencia) más la semicircunferencia:
$$P = x + 2y + \pi r = x + 2y + \pi \frac{x}{2} = x + 2y + \frac{\pi x}{2}$$
6. Sustituimos $y$ en $P$:
$$P = x + 2\left(\frac{8 + 2\pi}{x} - \frac{\pi x}{8}\right) + \frac{\pi x}{2} = x + \frac{2(8 + 2\pi)}{x} - \frac{2\pi x}{8} + \frac{\pi x}{2}$$
7. Simplificamos los términos con $x$:
$$- \frac{2\pi x}{8} + \frac{\pi x}{2} = - \frac{\pi x}{4} + \frac{\pi x}{2} = \frac{\pi x}{4}$$
8. Entonces:
$$P = x + \frac{16 + 4\pi}{x} + \frac{\pi x}{4} = \left(1 + \frac{\pi}{4}\right) x + \frac{16 + 4\pi}{x}$$
9. Para minimizar $P$, derivamos respecto a $x$ y igualamos a cero:
$$\frac{dP}{dx} = 1 + \frac{\pi}{4} - \frac{16 + 4\pi}{x^2} = 0$$
10. Despejamos $x^2$:
$$\frac{16 + 4\pi}{x^2} = 1 + \frac{\pi}{4}$$
11. Simplificamos el lado derecho:
$$1 + \frac{\pi}{4} = \frac{4 + \pi}{4}$$
12. Entonces:
$$\frac{16 + 4\pi}{x^2} = \frac{4 + \pi}{4} \implies x^2 = \frac{4(16 + 4\pi)}{4 + \pi} = \frac{64 + 16\pi}{4 + \pi}$$
13. Calculamos $x$:
$$x = \sqrt{\frac{64 + 16\pi}{4 + \pi}}$$
14. Calculamos $y$ usando la expresión de $y$:
$$y = \frac{8 + 2\pi}{x} - \frac{\pi x}{8}$$
15. Estos valores de $x$ y $y$ son las dimensiones que minimizan el perímetro con el área dada.
**Respuesta final:**
$$x = \sqrt{\frac{64 + 16\pi}{4 + \pi}}, \quad y = \frac{8 + 2\pi}{x} - \frac{\pi x}{8}$$
Vidriera Dimensiones A44Ba6
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