Câu 1.
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện các bước sau:
1. Tìm mối liên hệ giữa các đại lượng:
- Biết rằng thể tích của chiếc thùng là \(171,5 \, dm^3\).
- Đáy thùng là hình vuông cạnh \(x \, dm\), chiều cao \(h \, dm\).
2. Xác định thể tích của thùng:
- Thể tích \(V\) của hình hộp chữ nhật là:
\[
V = x^2 \cdot h
\]
- Biết \(V = 171,5 \, dm^3\), nên ta có:
\[
x^2 \cdot h = 171,5
\]
3. Diện tích bề mặt bên ngoài của thùng:
- Thùng không có nắp, nên diện tích bề mặt bên ngoài bao gồm diện tích đáy và diện tích 4 mặt bên.
- Diện tích đáy là \(x^2\).
- Diện tích mỗi mặt bên là \(x \cdot h\), vậy diện tích 4 mặt bên là \(4xh\).
- Tổng diện tích bề mặt bên ngoài là:
\[
S = x^2 + 4xh
\]
4. Thay \(h\) từ phương trình thể tích vào diện tích bề mặt:
- Từ \(x^2 \cdot h = 171,5\), ta có:
\[
h = \frac{171,5}{x^2}
\]
- Thay vào diện tích bề mặt:
\[
S = x^2 + 4x \left(\frac{171,5}{x^2}\right)
\]
\[
S = x^2 + \frac{686}{x}
\]
5. Tìm giá trị \(x\) để diện tích bề mặt \(S\) nhỏ nhất:
- Để tìm giá trị \(x\) tối ưu, ta tính đạo hàm của \(S\) theo \(x\) và tìm điểm cực tiểu.
- Đạo hàm của \(S\):
\[
S' = 2x - \frac{686}{x^2}
\]
- Đặt \(S' = 0\) để tìm điểm cực tiểu:
\[
2x - \frac{686}{x^2} = 0
\]
\[
2x = \frac{686}{x^2}
\]
\[
2x^3 = 686
\]
\[
x^3 = 343
\]
\[
x = \sqrt[3]{343} = 7
\]
6. Kiểm tra điều kiện để đảm bảo \(x = 7\) là giá trị tối ưu:
- Ta kiểm tra đạo hàm thứ hai \(S''\):
\[
S'' = 2 + \frac{1372}{x^3}
\]
- Tại \(x = 7\):
\[
S''(7) = 2 + \frac{1372}{343} > 0
\]
- Điều này chứng tỏ \(x = 7\) là điểm cực tiểu, tức là giá trị \(x\) tối ưu để diện tích bề mặt \(S\) nhỏ nhất.
Kết luận: Để sử dụng ít nguyên liệu nhất, cạnh đáy \(x\) của chiếc thùng phải là \(7 \, dm\).
Câu 2.
Trước tiên, ta xác định các thông tin đã cho:
- Đáy ABC là tam giác đều cạnh bằng 4.
- SA vuông góc với mặt đáy ABC.
- Ta cần tính $\overrightarrow{SB}.\overrightarrow{AC}$.
Bước 1: Xác định các vectơ liên quan.
- $\overrightarrow{SB} = \overrightarrow{SA} + \overrightarrow{AB}$
- $\overrightarrow{AC}$ là vectơ từ A đến C.
Bước 2: Tính tích vô hướng $\overrightarrow{SB}.\overrightarrow{AC}$.
\[
\overrightarrow{SB}.\overrightarrow{AC} = (\overrightarrow{SA} + \overrightarrow{AB}).\overrightarrow{AC}
\]
Áp dụng tính chất phân phối của tích vô hướng:
\[
= \overrightarrow{SA}.\overrightarrow{AC} + \overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}
\]
Bước 3: Xét từng thành phần.
- Vì SA vuông góc với mặt đáy ABC, nên $\overrightarrow{SA}$ vuông góc với mọi vectơ nằm trong mặt đáy, bao gồm cả $\overrightarrow{AC}$. Do đó:
\[
\overrightarrow{SA}.\overrightarrow{AC} = 0
\]
- Tiếp theo, xét $\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC}$. Vì ABC là tam giác đều, góc giữa AB và AC là 60°. Ta có:
\[
\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC} = |\overrightarrow{AB}| \cdot |\overrightarrow{AC}| \cdot \cos(60^\circ)
\]
Biết rằng $|\overrightarrow{AB}| = |\overrightarrow{AC}| = 4$ và $\cos(60^\circ) = \frac{1}{2}$, ta có:
\[
\overrightarrow{AB}.\overrightarrow{AC} = 4 \cdot 4 \cdot \frac{1}{2} = 8
\]
Bước 4: Kết hợp các kết quả.
\[
\overrightarrow{SB}.\overrightarrow{AC} = 0 + 8 = 8
\]
Vậy, $\overrightarrow{SB}.\overrightarrow{AC} = 8$.
Câu 3.
Đầu tiên, ta cần tìm vectơ chỉ phương của đường thẳng đi qua hai điểm \( M(300;200;10) \) và \( N(600;400;20) \).
Vectơ \( \overrightarrow{MN} \) là:
\[
\overrightarrow{MN} = (600 - 300, 400 - 200, 20 - 10) = (300, 200, 10)
\]
Phương trình tham số của đường thẳng đi qua điểm \( M \) và có vectơ chỉ phương \( \overrightarrow{MN} \) là:
\[
\begin{cases}
x = 300 + 300t \\
y = 200 + 200t \\
z = 10 + 10t
\end{cases}
\]
Trong 10 phút, máy bay di chuyển từ điểm \( M \) đến điểm \( N \). Do đó, thay \( t = 1 \) vào phương trình tham số, ta có:
\[
\begin{cases}
x = 300 + 300 \cdot 1 = 600 \\
y = 200 + 200 \cdot 1 = 400 \\
z = 10 + 10 \cdot 1 = 20
\end{cases}
\]
Sau 5 phút nữa, máy bay sẽ tiếp tục di chuyển với cùng vận tốc và hướng. Thay \( t = 1 + \frac{5}{10} = 1.5 \) vào phương trình tham số, ta có:
\[
\begin{cases}
x = 300 + 300 \cdot 1.5 = 300 + 450 = 750 \\
y = 200 + 200 \cdot 1.5 = 200 + 300 = 500 \\
z = 10 + 10 \cdot 1.5 = 10 + 15 = 25
\end{cases}
\]
Tọa độ của máy bay sau 5 phút nữa là \( (750, 500, 25) \).
Bây giờ, ta tính kết quả của phép tính \( \frac{a + b + c}{2025} \):
\[
a + b + c = 750 + 500 + 25 = 1275
\]
\[
\frac{1275}{2025} \approx 0.63
\]
Vậy kết quả của phép tính \( \frac{a + b + c}{2025} \) làm tròn đến hàng phần chục là \( 0.6 \).
Đáp số: \( 0.6 \)
Câu 4.
Để tính $F(-2)$, trước tiên chúng ta cần tìm nguyên hàm $F(x)$ của hàm số $f(x) = \frac{x^2 - 2}{x}$.
Bước 1: Tìm nguyên hàm của $f(x)$.
Ta có:
\[ f(x) = \frac{x^2 - 2}{x} = x - \frac{2}{x} \]
Do đó, nguyên hàm của $f(x)$ là:
\[ F(x) = \int \left( x - \frac{2}{x} \right) dx = \int x \, dx - \int \frac{2}{x} \, dx \]
\[ F(x) = \frac{x^2}{2} - 2 \ln |x| + C \]
Bước 2: Xác định hằng số $C$ bằng cách sử dụng điều kiện $F(2) = 3$.
Thay $x = 2$ vào $F(x)$:
\[ F(2) = \frac{2^2}{2} - 2 \ln |2| + C = 3 \]
\[ 2 - 2 \ln 2 + C = 3 \]
\[ C = 3 - 2 + 2 \ln 2 \]
\[ C = 1 + 2 \ln 2 \]
Vậy, nguyên hàm cụ thể của $f(x)$ là:
\[ F(x) = \frac{x^2}{2} - 2 \ln |x| + 1 + 2 \ln 2 \]
Bước 3: Tính $F(-2)$.
Thay $x = -2$ vào $F(x)$:
\[ F(-2) = \frac{(-2)^2}{2} - 2 \ln |-2| + 1 + 2 \ln 2 \]
\[ F(-2) = \frac{4}{2} - 2 \ln 2 + 1 + 2 \ln 2 \]
\[ F(-2) = 2 + 1 \]
\[ F(-2) = 3 \]
Vậy, giá trị của $F(-2)$ là:
\[ \boxed{3} \]
Câu 5.
Điểm \( M \in Oy \) nên tọa độ của \( M \) có dạng \( M(0; y; 0) \).
Ta tính \( MA^2 \) và \( MB^2 \):
\[
MA^2 = (2 - 0)^2 + (-1 - y)^2 + (3 - 0)^2 = 4 + (y + 1)^2 + 9 = (y + 1)^2 + 13
\]
\[
MB^2 = (1 - 0)^2 + (4 - y)^2 + (-2 - 0)^2 = 1 + (y - 4)^2 + 4 = (y - 4)^2 + 5
\]
Biểu thức \( T \) được viết lại là:
\[
T = MA^2 - 3MB^2 = (y + 1)^2 + 13 - 3((y - 4)^2 + 5)
\]
\[
T = (y + 1)^2 + 13 - 3(y - 4)^2 - 15
\]
\[
T = (y + 1)^2 - 3(y - 4)^2 - 2
\]
Phát triển các bình phương:
\[
(y + 1)^2 = y^2 + 2y + 1
\]
\[
(y - 4)^2 = y^2 - 8y + 16
\]
Thay vào biểu thức \( T \):
\[
T = (y^2 + 2y + 1) - 3(y^2 - 8y + 16) - 2
\]
\[
T = y^2 + 2y + 1 - 3y^2 + 24y - 48 - 2
\]
\[
T = -2y^2 + 26y - 49
\]
Để tìm giá trị lớn nhất của \( T \), ta sử dụng đạo hàm:
\[
T' = \frac{d}{dy}(-2y^2 + 26y - 49) = -4y + 26
\]
Đặt \( T' = 0 \):
\[
-4y + 26 = 0
\]
\[
y = \frac{26}{4} = \frac{13}{2}
\]
Kiểm tra đạo hàm thứ hai để xác định cực đại:
\[
T'' = \frac{d}{dy}(-4y + 26) = -4
\]
Vì \( T'' < 0 \), \( y = \frac{13}{2} \) là điểm cực đại của \( T \).
Vậy tung độ điểm \( M \) là \( \frac{13}{2} \).
Đáp số: \( \frac{13}{2} \)
Câu 6.
Để tìm độ dài của vectơ $\overrightarrow{OM}$, ta thực hiện các bước sau:
1. Tìm tọa độ của điểm M:
- Ta biết rằng $\overrightarrow{MA} = 3\overrightarrow{MB}$.
- Gọi tọa độ của điểm M là $(x, y, z)$.
- Vectơ $\overrightarrow{MA}$ có tọa độ là $(1-x, 3-y, -3-z)$.
- Vectơ $\overrightarrow{MB}$ có tọa độ là $(3-x, -1-y, -1-z)$.
- Theo điều kiện $\overrightarrow{MA} = 3\overrightarrow{MB}$, ta có:
\[
(1-x, 3-y, -3-z) = 3(3-x, -1-y, -1-z)
\]
Điều này dẫn đến ba phương trình:
\[
1 - x = 3(3 - x) \\
3 - y = 3(-1 - y) \\
-3 - z = 3(-1 - z)
\]
2. Giải các phương trình:
- Từ phương trình thứ nhất:
\[
1 - x = 9 - 3x \\
2x = 8 \\
x = 4
\]
- Từ phương trình thứ hai:
\[
3 - y = -3 - 3y \\
2y = -6 \\
y = -3
\]
- Từ phương trình thứ ba:
\[
-3 - z = -3 - 3z \\
2z = 0 \\
z = 0
\]
3. Tọa độ của điểm M:
- Vậy tọa độ của điểm M là $(4, -3, 0)$.
4. Tính độ dài của vectơ $\overrightarrow{OM}$:
- Vectơ $\overrightarrow{OM}$ có tọa độ là $(4, -3, 0)$.
- Độ dài của vectơ $\overrightarrow{OM}$ là:
\[
|\overrightarrow{OM}| = \sqrt{4^2 + (-3)^2 + 0^2} = \sqrt{16 + 9 + 0} = \sqrt{25} = 5
\]
Đáp số: Độ dài của vectơ $\overrightarrow{OM}$ là 5.