zu a) In Toms Skizze liegt der Kreis für den Boden neben dem Mantel-Rechteck. Also gilt 2r+h=20, und der Umfang ist auf 15 cm begrenzt. Tom hat h=20−2r in die V-Formel eingesetzt, nach r abgeleitet (V'=−6πr²+40πr) und davon die Nullstellen berechnet. Bei r=0 hat V ein Minimum, bei r=20/3≈6,67 ein Maximum.
zu b) Dummerweise ist wegen U≤15 bei r = 15/(2π) ≈ 2,39 Schluss. Nebenbedingungen können echte Spaßbremsen sein!
zu c) Mit Toms Ansatz steigt das Volumen zwischen r=0 und r=2,39 monoton. Das Maximum bekommt er also wegen U≤15 am Rand bei r=2,39. Berechne das entsprechende Volumen.
Ein anderer Ansatz wäre, das Blech um 90⁰ zu drehen. Dann hast Du 2r+h=15 und als Randbedingung U≤20. Rechne auch das (genau wie oben) durch und nimm das bessere Ergebnis.
Ich selbst würde an der Unterkante des Mantels Fransen der Länge r lassen und diese dann für den Boden nach innen biegen. Das verschwendet weniger Material und wird sicher eine deutlich größere Dose ergeben. Auch hier muss man die Rechnung für beide Blech-Orientierungen getrennt durchführen und die Ergebnisse vergleichen.
Allerdings bleibt offen, ob jemand Anderes eine bessere Idee hat, das Blech mit noch weniger Abfall zu zerschneiden. Eine echte Obergrenze erreicht man nur, indem man das Blech einschmelzt und daraus ohne Materialverlust die Dose gießt.