3. 新素养 应用意识 如图,某校计划将一块形状为锐角三角形的空地 $(\triangle ABC)$ 进行生态环境改造。已知 $\triangle ABC$ 的边 $BC$ 的长为 $120m$,边 $BC$ 上的高为 $80m$。学校计划将它分割成 $\triangle AHG$,$\triangle BHE$,$\triangle FCG$ 和矩形 $EFGH$ 四部分,其中矩形 $EFGH$ 的一边 $EF$ 在边 $BC$ 上,其余两个顶点 $H$,$G$ 分别在边 $AB$,$AC$ 上。现计划在 $\triangle AHG$ 区域种草,每平方米投资 $18$ 元;在 $\triangle BHE$,$\triangle FCG$ 区域都种花,每平方米投资 $30$ 元;在矩形 $EFGH$ 区域兴建爱心鱼池,每平方米投资 $12$ 元。
(1)当 $FG$ 的长为多少米时,种草的面积与种花的面积相等?
(2)当 $FG$ 的长为多少米时,这块空地的改造总投资最小?最小值为多少?

答案:3. (1)如图,过点A作AD⊥BC于点D,交HG于点K,则$AD=80$ m.设$FG=x$ m,则$DK=FG=x$ m,所以$AK=AD-DK=(80-x)$m.因为HG//BC,所以△AHG∽△ABC,AK⊥HG,所以AK,AD分别是△AHG和△ABC的对应高,所以$\frac{AK}{AD}=\frac{HG}{BC}$.因为$BC=120$ m,所以$HG=(120-\frac{3}{2}x)$m,所以$BE+FC=BC-EF=BC-HG=\frac{3}{2}x$ m.因为$S_{\triangle AHG}=S_{\triangle BHE}+S_{\triangle FCG}$,所以$\frac{1}{2}HG· AK=\frac{1}{2}(BE+FC)· FG$,所以$\frac{1}{2}(120-\frac{3}{2}x)·(80-x)=\frac{1}{2}·\frac{3}{2}x· x$,解得$x=40$.故当FG的长为40m时,种草的面积与种花的面积相等.
(2)设改造后的总投资为y元.由题意,得$y=\frac{1}{2}(120-\frac{3}{2}x)·(80-x)·18+\frac{1}{2}·\frac{3}{2}x· x·30+x(120-\frac{3}{2}x)·12=18x^{2}-720x+86400=18(x-20)^{2}+79200$.因为$18>0,0<x<80$,所以当$x=20$时,y取最小值79200.故当FG的长为20m时,这块空地的改造总投资最小,最小值为79200元.