Trong không gian hệ tọa độ Oxyz, cho hai điểm \(A\left( 0;3;0 \right), B\left( 0;-3;0 \right)\). Mặt cầu \(\left( S \right)\) nhận AB là đường kính. Hình trụ \(\left( H \right)\) là hình trụ có trục thuộc trục tung, nội tiếp với mặt cầu và có thể tích lớn nhất. Khi đó mặt phẳng chứa đáy của hình trụ đi qua điểm nào sau đây?
Hãy suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiBán kính của mặt cầu là \(R=\frac{AB}{2}=3\).
Gọi chiều cao của hình trụ là \(2h, h>0\). Do đó bán kính của hình trụ là \(r=\sqrt{{{R}^{2}}-{{h}^{2}}}=\sqrt{9-{{h}^{2}}}\).
Thể tích khối trụ là \(V=\pi .{{r}^{2}}.2h=\pi .\left( 9-{{h}^{2}} \right).2h=\pi \sqrt{2}\sqrt{\left( 9-{{h}^{2}} \right)\left( 9-{{h}^{2}} \right).2{{h}^{2}}}\).
\(V\le \pi \sqrt{2}.\sqrt{{{\left( \frac{9-{{h}^{2}}+9-{{h}^{2}}+2{{h}^{2}}}{3} \right)}^{3}}}=\pi \sqrt{2}.6\sqrt{6}=12\pi \sqrt{3}\).
Dấu đẳng thức xảy ra \(\Leftrightarrow 9-{{h}^{2}}=2{{h}^{2}}\Leftrightarrow h=\sqrt{3}\).
Khi đó hình trụ có thể tích lớn nhất là \(12\pi \sqrt{3}\).
Vậy hai mặt đáy của trụ có phương trình tương ứng là \(y=\sqrt{3};y=-\sqrt{3}\).
Đề thi thử THPT QG năm 2021 môn Toán
Trường THPT Tô Hiến Thành lần 3