Bài 4
1)
a) Tính thể tích khối xốp hình trụ:
- Bán kính đáy của khối xốp hình trụ là: $r = \frac{20}{2} = 10$ cm.
- Chiều cao của khối xốp hình trụ là: $h = 35$ cm.
- Thể tích của khối xốp hình trụ là: $V = \pi r^2 h = \pi \times 10^2 \times 35 = 3500\pi$ cm³.
b) Tính diện tích xung quanh của hình nón:
- Để tiện thành một hình nón có thể tích lớn nhất, ta lấy chiều cao của hình nón bằng chiều cao của khối xốp hình trụ, tức là $h_n = 35$ cm.
- Bán kính đáy của hình nón là: $r_n = 10$ cm.
- Diện tích xung quanh của hình nón là: $A_xq = \pi r_n l$, trong đó $l$ là độ dài đường sinh của hình nón.
- Độ dài đường sinh của hình nón là: $l = \sqrt{r_n^2 + h_n^2} = \sqrt{10^2 + 35^2} = \sqrt{100 + 1225} = \sqrt{1325} = 5\sqrt{53}$ cm.
- Diện tích xung quanh của hình nón là: $A_xq = \pi \times 10 \times 5\sqrt{53} = 50\sqrt{53}\pi$ cm².
2)
1) Chứng minh tứ giác DCEH nội tiếp và $AD \cdot AH = AE \cdot AC$:
- Ta có $\angle DCH = \angle DAH$ (cùng phụ với $\angle ACD$).
- Do đó, tứ giác DCEH nội tiếp.
- Ta có $\angle AHD = \angle AEC$ (góc nội tiếp cùng chắn cung AC).
- Suy ra $\triangle AHD \sim \triangle AEC$ (góc đỉnh chung và góc ở đáy bằng nhau).
- Từ đó suy ra tỉ lệ: $\frac{AD}{AH} = \frac{AE}{AC}$.
- Nhân cả hai vế với $AH \cdot AC$, ta được: $AD \cdot AC = AE \cdot AH$.
2) Chứng minh BC là đường thẳng trung trực của đoạn HM và $\triangle CMN$ cân:
- Ta có $\angle BHC = \angle BMC = 90^\circ$ (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
- Do đó, BC là đường trung trực của đoạn HM.
- Ta có $\angle BNC = \angle BAC$ (góc nội tiếp cùng chắn cung BC).
- Suy ra $\triangle CMN$ cân tại C.
3) Chứng minh 4 điểm D, E, F, K cùng thuộc 1 đường tròn:
- Ta có $\angle BDC = \angle BEC = 90^\circ$ (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
- Do đó, tứ giác BDCE nội tiếp.
- Ta có $\angle BFC = \angle BEC = 90^\circ$ (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn).
- Do đó, tứ giác BFCE nội tiếp.
- Kết hợp lại, ta có 4 điểm D, E, F, K cùng thuộc 1 đường tròn.
Bài 5
Để nhà sản xuất tiết kiệm nguyên vật liệu nhất, ta cần tìm bán kính của nắp đậy sao cho diện tích toàn phần của hình trụ đạt giá trị nhỏ nhất.
Gọi bán kính của nắp đậy là r (cm), chiều cao của thùng sơn là h (cm)
Diện tích toàn phần của thùng sơn là:
S = 2πr(r + h)
Theo đề bài, thể tích của thùng sơn là 1000 cm³, ta có:
πr²h = 1000
h = $\frac{1000}{\pi r^2}$
Thay vào biểu thức của S, ta được:
S = 2πr(r + $\frac{1000}{\pi r^2}$)
= 2πr² + $\frac{2000}{r}$
Áp dụng bất đẳng thức Cauchy, ta có:
2πr² + $\frac{2000}{r}$ ≥ 2√(2πr² × $\frac{2000}{r}$)
= 2√(4000πr)
= 2√(4000 × 3,14r)
= 2√(12560r)
Để S đạt giá trị nhỏ nhất, ta cần:
2πr² = $\frac{2000}{r}$
2πr³ = 2000
r³ = $\frac{2000}{2\pi}$
= $\frac{2000}{2 × 3,14}$
≈ 318,47
r ≈ 6,8 (cm)
Khi đó, diện tích toàn phần của thùng sơn là:
S = 2πr² + $\frac{2000}{r}$
≈ 2 × 3,14 × 6,8² + $\frac{2000}{6,8}$
≈ 283,3 + 294,1
≈ 577,4 (cm²)
Vậy bán kính của nắp đậy để nhà sản xuất tiết kiệm nguyên vật liệu nhất là khoảng 6,8 cm và diện tích nguyên vật liệu là khoảng 577,4 cm².