Câu 4.
a) Ta có:
\[ \overrightarrow{GI} + \overrightarrow{JG} = \overrightarrow{0} \]
Điều này đúng vì G là trung điểm của IJ, do đó \(\overrightarrow{GI}\) và \(\overrightarrow{JG}\) là hai vectơ ngược hướng và có cùng độ dài.
b) Ta có:
\[ \overrightarrow{AC} + \overrightarrow{BD} = 2\overrightarrow{IJ} \]
Ta chứng minh như sau:
- Vì I là trung điểm của AB nên \(\overrightarrow{AI} = \overrightarrow{IB}\).
- Vì J là trung điểm của CD nên \(\overrightarrow{CJ} = \overrightarrow{JD}\).
Do đó:
\[ \overrightarrow{AC} = \overrightarrow{AI} + \overrightarrow{IC} \]
\[ \overrightarrow{BD} = \overrightarrow{BJ} + \overrightarrow{JD} \]
Tổng lại:
\[ \overrightarrow{AC} + \overrightarrow{BD} = (\overrightarrow{AI} + \overrightarrow{IC}) + (\overrightarrow{BJ} + \overrightarrow{JD}) \]
Vì \(\overrightarrow{AI} = \overrightarrow{IB}\) và \(\overrightarrow{CJ} = \overrightarrow{JD}\), ta có:
\[ \overrightarrow{AC} + \overrightarrow{BD} = \overrightarrow{IC} + \overrightarrow{JD} + \overrightarrow{IC} + \overrightarrow{JD} = 2(\overrightarrow{IC} + \overrightarrow{JD}) \]
Nhưng \(\overrightarrow{IC} + \overrightarrow{JD} = \overrightarrow{IJ}\), do đó:
\[ \overrightarrow{AC} + \overrightarrow{BD} = 2\overrightarrow{IJ} \]
c) Ta có:
\[ \overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = \overrightarrow{0} \]
Ta chứng minh như sau:
- Vì G là trung điểm của IJ, ta có \(\overrightarrow{GI} = -\overrightarrow{GJ}\).
- Ta cũng có \(\overrightarrow{IA} = -\overrightarrow{IB}\) và \(\overrightarrow{JC} = -\overrightarrow{JD}\).
Do đó:
\[ \overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = (\overrightarrow{GI} + \overrightarrow{IA}) + (\overrightarrow{GI} + \overrightarrow{IB}) + (\overrightarrow{GJ} + \overrightarrow{JC}) + (\overrightarrow{GJ} + \overrightarrow{JD}) \]
Nhưng \(\overrightarrow{GI} = -\overrightarrow{GJ}\), do đó:
\[ \overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = (-\overrightarrow{GJ} + \overrightarrow{IA}) + (-\overrightarrow{GJ} + \overrightarrow{IB}) + (\overrightarrow{GJ} + \overrightarrow{JC}) + (\overrightarrow{GJ} + \overrightarrow{JD}) \]
Nhưng \(\overrightarrow{IA} = -\overrightarrow{IB}\) và \(\overrightarrow{JC} = -\overrightarrow{JD}\), do đó:
\[ \overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = \overrightarrow{0} \]
d) Ta có:
\[ |\overrightarrow{MA} + \overrightarrow{MB} + \overrightarrow{MC} + \overrightarrow{MD}| \text{ nhỏ nhất khi } M \equiv G \]
Ta chứng minh như sau:
- Vì G là trọng tâm của tứ diện ABCD, ta có:
\[ \overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = \overrightarrow{0} \]
Do đó:
\[ |\overrightarrow{MA} + \overrightarrow{MB} + \overrightarrow{MC} + \overrightarrow{MD}| = |(\overrightarrow{MG} + \overrightarrow{GA}) + (\overrightarrow{MG} + \overrightarrow{GB}) + (\overrightarrow{MG} + \overrightarrow{GC}) + (\overrightarrow{MG} + \overrightarrow{GD})| \]
Nhưng \(\overrightarrow{GA} + \overrightarrow{GB} + \overrightarrow{GC} + \overrightarrow{GD} = \overrightarrow{0}\), do đó:
\[ |\overrightarrow{MA} + \overrightarrow{MB} + \overrightarrow{MC} + \overrightarrow{MD}| = |4\overrightarrow{MG}| \]
Để \(|4\overrightarrow{MG}|\) nhỏ nhất thì \(\overrightarrow{MG} = \overrightarrow{0}\), tức là \(M \equiv G\).
Câu 1.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ dựa vào đồ thị của đạo hàm \( y = f'(x) \) để suy ra các tính chất của hàm số \( y = f(x) \).
1. Xác định các khoảng đồng biến và nghịch biến của hàm số \( y = f(x) \):
- Khi \( f'(x) > 0 \), hàm số \( y = f(x) \) là hàm số đồng biến.
- Khi \( f'(x) < 0 \), hàm số \( y = f(x) \) là hàm số nghịch biến.
Từ đồ thị của \( y = f'(x) \):
- \( f'(x) > 0 \) trên các khoảng \( (-\infty, -2) \) và \( (0, 2) \). Do đó, hàm số \( y = f(x) \) đồng biến trên các khoảng này.
- \( f'(x) < 0 \) trên các khoảng \( (-2, 0) \) và \( (2, +\infty) \). Do đó, hàm số \( y = f(x) \) nghịch biến trên các khoảng này.
2. Xác định các điểm cực đại và cực tiểu của hàm số \( y = f(x) \):
- Điểm cực đại xảy ra khi \( f'(x) \) chuyển từ dương sang âm.
- Điểm cực tiểu xảy ra khi \( f'(x) \) chuyển từ âm sang dương.
Từ đồ thị của \( y = f'(x) \):
- \( f'(x) \) chuyển từ dương sang âm tại \( x = -2 \) và \( x = 2 \). Do đó, hàm số \( y = f(x) \) đạt cực đại tại \( x = -2 \) và \( x = 2 \).
- \( f'(x) \) chuyển từ âm sang dương tại \( x = 0 \). Do đó, hàm số \( y = f(x) \) đạt cực tiểu tại \( x = 0 \).
3. Tóm tắt kết quả:
- Hàm số \( y = f(x) \) đồng biến trên các khoảng \( (-\infty, -2) \) và \( (0, 2) \).
- Hàm số \( y = f(x) \) nghịch biến trên các khoảng \( (-2, 0) \) và \( (2, +\infty) \).
- Hàm số \( y = f(x) \) đạt cực đại tại \( x = -2 \) và \( x = 2 \).
- Hàm số \( y = f(x) \) đạt cực tiểu tại \( x = 0 \).
Đáp số:
- Đồng biến: \( (-\infty, -2) \) và \( (0, 2) \)
- Nghịch biến: \( (-2, 0) \) và \( (2, +\infty) \)
- Cực đại: \( x = -2 \) và \( x = 2 \)
- Cực tiểu: \( x = 0 \)