JavaScript is required

Câu hỏi:

Người ta cần làm một khối thuỷ tinh có dạng hình chóp tứ giác đều có diện tích toàn phần bằng \(8{\rm{d}}{{\rm{m}}^2}.\) Cạnh đáy của hình chóp bằng bao nhiêu decimét để thể tích của khối thuỷ tinh lớn nhất (làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)?

Trả lời:

Đáp án đúng:


Bài toán yêu cầu tìm cạnh đáy của hình chóp tứ giác đều sao cho thể tích lớn nhất khi biết diện tích toàn phần. Đây là một bài toán tối ưu sử dụng đạo hàm. Ta cần thiết lập công thức tính thể tích theo cạnh đáy, sau đó tìm giá trị lớn nhất của hàm số này.

Các bước giải:
  • Gọi $x$ là cạnh đáy của hình chóp ($x > 0$).
  • Gọi $h$ là chiều cao của mặt bên (trung đoạn) của hình chóp.
  • Diện tích đáy: $S_{đáy} = x^2$.
  • Diện tích xung quanh: $S_{xq} = 4 * (1/2) * x * h = 2xh$.
  • Diện tích toàn phần: $S_{tp} = S_{đáy} + S_{xq} = x^2 + 2xh = 8$ (dm$^2$).
  • Từ đó, ta có $h = (8 - x^2) / (2x)$.
  • Chiều cao $H$ của hình chóp: $H = \sqrt{h^2 - (x/2)^2} = \sqrt{((8 - x^2)/(2x))^2 - (x/2)^2} = \sqrt{(64 - 16x^2 + x^4)/(4x^2) - x^2/4} = \sqrt{(64 - 16x^2 + x^4 - x^4)/(4x^2)} = \sqrt{(64 - 16x^2)/(4x^2)} = \sqrt{(16 - 4x^2)/(x^2)} = (2/x) * \sqrt{4 - x^2}$.
  • Thể tích của hình chóp: $V = (1/3) * S_{đáy} * H = (1/3) * x^2 * (2/x) * \sqrt{4 - x^2} = (2x/3) * \sqrt{4 - x^2}$.
  • Tìm giá trị lớn nhất của $V(x)$ bằng cách xét đạo hàm $V'(x)$ và giải phương trình $V'(x) = 0$.
  • $V'(x) = (2/3)*\sqrt{4-x^2} + (2x/3)*(1/2)*(4-x^2)^{-1/2}*(-2x) = (2/3)*\sqrt{4-x^2} - (2x^2)/(3*\sqrt{4-x^2}) = (2(4-x^2) - 2x^2) / (3*\sqrt{4-x^2}) = (8 - 4x^2)/(3*\sqrt{4-x^2})$.
  • $V'(x) = 0$ khi $8 - 4x^2 = 0$, suy ra $x^2 = 2$, vậy $x = \sqrt{2}$ (vì $x > 0$).
  • Kiểm tra lại điều kiện $4 - x^2 > 0$, tức $x < 2$. Vậy $x = \sqrt{2}$ thỏa mãn.
  • Kết luận: Cạnh đáy của hình chóp là $x = \sqrt{2} \approx 1.41$ dm.

Câu hỏi này thuộc đề thi trắc nghiệm dưới đây, bấm vào Bắt đầu thi để làm toàn bài

Câu hỏi liên quan