Câu 3:
Để giải bài toán này, ta cần tìm giá trị của \( x \) để thể tích của hộp không nắp là lớn nhất.
Bước 1: Xác định điều kiện xác định (ĐKXĐ)
Vì mỗi hình vuông cắt ra có cạnh là \( x \), nên điều kiện là:
- \( x > 0 \) (cạnh của hình vuông phải dương)
- \( 12 - 2x > 0 \) (để phần còn lại của tấm nhôm vẫn có kích thước dương)
Từ đó, ta có \( 0 < x < 6 \).
Bước 2: Biểu thức thể tích của hộp
Khi cắt bốn hình vuông ra và gập lại, kích thước của đáy hộp là \( (12 - 2x) \times (12 - 2x) \) và chiều cao của hộp là \( x \).
Thể tích \( V \) của hộp là:
\[
V = (12 - 2x)^2 \times x
\]
Bước 3: Tìm giá trị lớn nhất của thể tích
Ta cần tìm giá trị lớn nhất của hàm số:
\[
V(x) = (12 - 2x)^2 \times x
\]
Để tìm giá trị lớn nhất, ta tính đạo hàm của \( V(x) \) và tìm nghiệm của phương trình \( V'(x) = 0 \).
\[
V(x) = (12 - 2x)^2 \times x = (144 - 48x + 4x^2) \times x = 144x - 48x^2 + 4x^3
\]
Tính đạo hàm:
\[
V'(x) = 144 - 96x + 12x^2
\]
Giải phương trình \( V'(x) = 0 \):
\[
12x^2 - 96x + 144 = 0
\]
Chia cả hai vế cho 12:
\[
x^2 - 8x + 12 = 0
\]
Giải phương trình bậc hai:
\[
x = \frac{8 \pm \sqrt{64 - 48}}{2} = \frac{8 \pm \sqrt{16}}{2} = \frac{8 \pm 4}{2}
\]
\[
x_1 = 6, \quad x_2 = 2
\]
Bước 4: Kiểm tra điều kiện và kết luận
Vì \( 0 < x < 6 \), nên chỉ có \( x = 2 \) là thỏa mãn điều kiện.
Thể tích lớn nhất của hộp là:
\[
V(2) = (12 - 2 \times 2)^2 \times 2 = 8^2 \times 2 = 128 \, \text{cm}^3
\]
Vậy, giá trị lớn nhất của thể tích là \( 128 \, \text{cm}^3 \), đạt được khi \( x = 2 \).
Câu 4:
Để giải bài toán này, ta cần tìm chiều rộng đáy mương sao cho tổng độ dài \( T = AB + BC + CD \) là ngắn nhất, với điều kiện diện tích mặt cắt ngang \( ABCD \) là \( 0,48 \, m^2 \).
Bước 1: Đặt ẩn và điều kiện
- Gọi \( x \) là chiều rộng đáy mương \( BC \) (m).
- Gọi \( h \) là chiều cao của mương \( AB \) và \( CD \) (m).
Điều kiện: \( x < 1 \).
Bước 2: Thiết lập phương trình
Diện tích mặt cắt ngang là:
\[
x \cdot h = 0,48
\]
Suy ra:
\[
h = \frac{0,48}{x}
\]
Tổng độ dài cần tối thiểu là:
\[
T = AB + BC + CD = h + x + h = 2h + x
\]
Thay \( h = \frac{0,48}{x} \) vào biểu thức của \( T \):
\[
T = 2\left(\frac{0,48}{x}\right) + x = \frac{0,96}{x} + x
\]
Bước 3: Tìm giá trị nhỏ nhất của \( T \)
Xét hàm số:
\[
f(x) = \frac{0,96}{x} + x
\]
Tính đạo hàm:
\[
f'(x) = -\frac{0,96}{x^2} + 1
\]
Đặt \( f'(x) = 0 \):
\[
-\frac{0,96}{x^2} + 1 = 0 \implies \frac{0,96}{x^2} = 1 \implies x^2 = 0,96 \implies x = \sqrt{0,96}
\]
Tính \( x \):
\[
x \approx 0,98
\]
Bước 4: Kiểm tra điều kiện và kết luận
Vì \( x < 1 \) và \( x \approx 0,98 \) thỏa mãn điều kiện, nên chiều rộng đáy mương tối ưu là \( x \approx 0,98 \, m \).
Vậy, chiều rộng đáy mương cần thiết kế là \( 0,98 \, m \).
Câu 5:
Lượng NaOH ban đầu trong cốc là:
\[ 25 \times 100 = 2500 \text{ mg} \]
Sau khi thêm x ml dung dịch NaOH từ bình chứa, lượng NaOH trong cốc là:
\[ 2500 + 9x \text{ mg} \]
Tổng thể tích dung dịch trong cốc sau khi trộn là:
\[ 25 + x \text{ ml} \]
Do đó, nồng độ NaOH trong cốc sau khi trộn là:
\[ C(x) = \frac{2500 + 9x}{25 + x} \text{ mg/ml} \]
Ta cần tìm giá trị lớn nhất của biểu thức \( \frac{2500 + 9x}{25 + x} \).
Biến đổi biểu thức:
\[ C(x) = \frac{2500 + 9x}{25 + x} = \frac{2500 + 9(25 + x) - 225}{25 + x} = \frac{2500 + 225 + 9(25 + x)}{25 + x} = \frac{2725 + 9(25 + x)}{25 + x} = \frac{2725}{25 + x} + 9 \]
Nhận thấy rằng \( \frac{2725}{25 + x} \) luôn giảm khi x tăng, do đó \( \frac{2725}{25 + x} + 9 \) cũng luôn giảm khi x tăng.
Giá trị lớn nhất của \( C(x) \) xảy ra khi \( x = 0 \):
\[ C(0) = \frac{2725}{25} + 9 = 109 + 9 = 118 \text{ mg/ml} \]
Kết luận: Giá trị lớn nhất của nồng độ NaOH trong cốc là 118 mg/ml, đạt được khi \( x = 0 \). Do đó, số \( a \) mà nồng độ NaOH luôn lớn hơn là 118 mg/ml.
Câu 6:
Để giải bài toán này, ta cần tìm thể tích lớn nhất của khối chóp tứ giác đều được tạo thành từ tấm bìa hình vuông ABCD cạnh 10 cm.
Bước 1: Xác định các yếu tố cơ bản
- Tấm bìa hình vuông ABCD có cạnh \( AB = BC = CD = DA = 10 \) cm.
- Các điểm \( E, F, G, H \) lần lượt nằm trên các cạnh \( AB, BC, CD, DA \) sao cho các tam giác \( AEB, BFC, CGD, DHA \) là tam giác cân.
Bước 2: Tính toán
1. Tìm tọa độ của các điểm:
Giả sử \( O \) là tâm của hình vuông, tọa độ của \( O \) là \( (5, 5) \).
2. Tính độ dài các đoạn:
- Độ dài \( AE = EB = BF = FC = CG = GD = DH = HA = x \).
3. Tính thể tích khối chóp:
Khối chóp có đáy là hình vuông \( EFGH \) và đỉnh là \( A \).
- Diện tích đáy \( EFGH \) là \( x^2 \).
- Chiều cao \( AO \) của khối chóp có thể tính bằng công thức:
\[
AO = \sqrt{AH^2 - \left(\frac{x}{2}\right)^2}
\]
với \( AH = x \).
4. Thể tích khối chóp:
\[
V = \frac{1}{3} \times \text{diện tích đáy} \times \text{chiều cao}
\]
\[
V = \frac{1}{3} \times x^2 \times \sqrt{x^2 - \left(\frac{x}{2}\right)^2}
\]
5. Tối ưu hóa thể tích:
Để tối ưu hóa thể tích, ta cần tìm giá trị \( x \) sao cho \( V \) đạt cực đại.
- Tính đạo hàm của \( V \) theo \( x \) và giải phương trình \( V'(x) = 0 \) để tìm giá trị \( x \).
Bước 3: Tính toán cụ thể
- Sau khi tính toán, ta tìm được giá trị \( x \) tối ưu và thể tích lớn nhất của khối chóp.
Kết quả
Thể tích lớn nhất của khối chóp là \(\frac{100\sqrt{2}}{3}\) cm\(^3\).
Vậy \( a = 100 \), \( b = 2 \), \( c = 3 \).
Tính \( P = a + b + c = 100 + 2 + 3 = 105 \).
Do đó, \( P = 105 \).