Câu 14.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng bước theo yêu cầu của đề bài.
Bước 1: Xác định các thông số của hàm số
Hàm số tốc độ ghi nhớ từ mới của Nam là:
\[ M'(t) = at - bt^2 \]
Biết rằng tốc độ ghi nhớ đạt cao nhất tại thời điểm 40 phút, tức là:
\[ M''(t) = a - 2bt \]
Tại thời điểm 40 phút, đạo hàm bậc hai bằng 0:
\[ a - 2b \cdot 40 = 0 \]
\[ a = 80b \]
Bước 2: Xác định giá trị của \(a\) và \(b\)
Biết rằng Nam có thể ghi nhớ được 18 từ mới trong 10 phút đầu tiên:
\[ M(10) = \int_0^{10} (at - bt^2) \, dt = 18 \]
Thay \(a = 80b\) vào:
\[ M(10) = \int_0^{10} (80bt - bt^2) \, dt = 18 \]
\[ M(10) = b \int_0^{10} (80t - t^2) \, dt = 18 \]
\[ M(10) = b \left[ 40t^2 - \frac{t^3}{3} \right]_0^{10} = 18 \]
\[ M(10) = b \left( 40 \cdot 10^2 - \frac{10^3}{3} \right) = 18 \]
\[ M(10) = b \left( 4000 - \frac{1000}{3} \right) = 18 \]
\[ M(10) = b \left( \frac{12000 - 1000}{3} \right) = 18 \]
\[ M(10) = b \cdot \frac{11000}{3} = 18 \]
\[ b = \frac{18 \cdot 3}{11000} = \frac{54}{11000} = \frac{27}{5500} \]
Do đó:
\[ a = 80b = 80 \cdot \frac{27}{5500} = \frac{2160}{5500} = \frac{108}{275} \approx 0.3927 \]
Bước 3: Tính khả năng ghi nhớ của Nam tại thời điểm 20 phút
\[ M'(20) = a \cdot 20 - b \cdot 20^2 \]
\[ M'(20) = \frac{108}{275} \cdot 20 - \frac{27}{5500} \cdot 400 \]
\[ M'(20) = \frac{2160}{275} - \frac{10800}{5500} \]
\[ M'(20) = \frac{2160}{275} - \frac{1080}{550} \]
\[ M'(20) = \frac{2160}{275} - \frac{540}{275} \]
\[ M'(20) = \frac{1620}{275} \approx 5.89 \]
Bước 4: Tính tổng số từ mới Nam ghi nhớ trong cả tiết học
\[ M(60) = \int_0^{60} (at - bt^2) \, dt \]
\[ M(60) = \int_0^{60} \left( \frac{108}{275}t - \frac{27}{5500}t^2 \right) \, dt \]
\[ M(60) = \left[ \frac{108}{275} \cdot \frac{t^2}{2} - \frac{27}{5500} \cdot \frac{t^3}{3} \right]_0^{60} \]
\[ M(60) = \left[ \frac{54}{275}t^2 - \frac{9}{5500}t^3 \right]_0^{60} \]
\[ M(60) = \left( \frac{54}{275} \cdot 3600 - \frac{9}{5500} \cdot 216000 \right) \]
\[ M(60) = \left( \frac{194400}{275} - \frac{1944000}{5500} \right) \]
\[ M(60) = \left( \frac{194400}{275} - \frac{388800}{1100} \right) \]
\[ M(60) = \left( \frac{194400}{275} - \frac{194400}{550} \right) \]
\[ M(60) = \left( \frac{194400}{275} - \frac{97200}{275} \right) \]
\[ M(60) = \frac{97200}{275} \approx 353.45 \]
Bước 5: Tính tốc độ học trung bình trong cả tiết học
\[ \text{Tốc độ học trung bình} = \frac{1}{60-0} \int_0^{60} M'(t) \, dt \]
\[ \text{Tốc độ học trung bình} = \frac{1}{60} \cdot 353.45 \approx 5.89 \]
Đáp án cuối cùng:
a) \(a = 0.3927\)
b) Khả năng ghi nhớ của Nam tại thời điểm 20 phút là 5.89 từ/phút.
c) Trong cả tiết học Nam ghi nhớ được tổng cộng 353 từ mới.
d) Tốc độ học trung bình trong cả tiết học là 5.89 từ/phút.
Câu 15.
a) Phương trình mặt phẳng chứa quỹ đạo của vệ tinh là $x + z = 0.$
- Vì quỹ đạo của vệ tinh nằm trên mặt phẳng vuông góc với trục tung (trục y), nên mặt phẳng này có dạng $Ax + By + Cz = D$.
- Mặt phẳng này đi qua gốc tọa độ O(0, 0, 0), do đó $D = 0$.
- Mặt phẳng này cũng đi qua điểm B(4032, 0, -5376), do đó ta có $4032A + 0B - 5376C = 0$.
- Mặt phẳng này vuông góc với trục y, tức là $B = 0$.
- Do đó phương trình mặt phẳng trở thành $Ax + Cz = 0$.
- Ta chọn $A = 1$ và $C = 1$, suy ra phương trình mặt phẳng là $x + z = 0$.
b) Khi xuất phát tại điểm B vệ tinh đang ở độ cao 320 km so với mặt đất.
- Bán kính của Trái Đất là 6400 km.
- Bán kính của quỹ đạo vệ tinh là 13440 km.
- Độ cao của vệ tinh so với mặt đất là $13440 - 6400 = 7040$ km.
- Tuy nhiên, điểm B là điểm gần Trái Đất nhất của vệ tinh, do đó độ cao thực tế của vệ tinh khi xuất phát tại điểm B là $13440 - 6400 = 7040$ km.
c) Quỹ đạo của tên lửa là đường tròn có tâm $I(-4032; 0; 5736)$.
- Tâm của quỹ đạo vệ tinh nằm trên đường thẳng OB và nằm trên mặt phẳng $x + z = 0$.
- Điểm B(4032, 0, -5376) là điểm gần Trái Đất nhất của vệ tinh, do đó tâm của quỹ đạo vệ tinh nằm đối xứng với điểm B qua gốc tọa độ O.
- Do đó, tâm của quỹ đạo vệ tinh là $I(-4032, 0, 5736)$.
Đáp số:
a) Phương trình mặt phẳng chứa quỹ đạo của vệ tinh là $x + z = 0$.
b) Khi xuất phát tại điểm B vệ tinh đang ở độ cao 7040 km so với mặt đất.
c) Quỹ đạo của tên lửa là đường tròn có tâm $I(-4032, 0, 5736)$.