Bài 1:
Gọi thời gian để người thứ nhất hoàn thành công việc một mình là x (ngày) và thời gian để người thứ hai hoàn thành công việc một mình là y (ngày) (điều kiện: x > 0, y > 0).
Trong một ngày, người thứ nhất làm được $\frac{1}{x}$ công việc và người thứ hai làm được $\frac{1}{y}$ công việc.
Theo đề bài, hai người cùng làm chung một công việc thì sau 6 ngày sẽ xong, ta có phương trình:
$\frac{6}{x} + \frac{6}{y} = 1$.
Người thứ nhất làm trong 2 ngày và người thứ hai làm trong 3 ngày thì cả hai làm được 40% công việc được giao, ta có phương trình:
$\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = \frac{2}{5}$.
Ta có hệ phương trình:
$\frac{6}{x} + \frac{6}{y} = 1$,
$\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = \frac{2}{5}$.
Nhân phương trình thứ hai với 2, ta được:
$\frac{4}{x} + \frac{6}{y} = \frac{4}{5}$.
Trừ phương trình này cho phương trình đầu tiên, ta được:
$\frac{4}{x} + \frac{6}{y} - (\frac{6}{x} + \frac{6}{y}) = \frac{4}{5} - 1$,
$\frac{-2}{x} = \frac{-1}{5}$,
$x = 10$.
Thay $x = 10$ vào phương trình $\frac{2}{x} + \frac{3}{y} = \frac{2}{5}$, ta được:
$\frac{2}{10} + \frac{3}{y} = \frac{2}{5}$,
$\frac{3}{y} = \frac{2}{5} - \frac{1}{5}$,
$\frac{3}{y} = \frac{1}{5}$,
$y = 15$.
Vậy, người thứ nhất làm riêng công việc đó trong 10 ngày và người thứ hai làm riêng công việc đó trong 15 ngày.
Bài 2:
Gọi thời gian để tổ 1 làm riêng xong công việc là x (giờ, điều kiện: x > 24).
Gọi thời gian để tổ 2 làm riêng xong công việc là y (giờ, điều kiện: y > 24).
Trong 1 giờ, tổ 1 làm được $\frac{1}{x}$ công việc.
Trong 1 giờ, tổ 2 làm được $\frac{1}{y}$ công việc.
Trong 1 giờ, cả hai tổ làm được $\frac{1}{16}$ công việc.
Do đó, ta có phương trình:
$\frac{1}{x} + \frac{1}{y} = \frac{1}{16}$.
Trong 12 giờ, tổ 1 và tổ 2 làm được $\frac{12}{x} + \frac{12}{y}$ công việc.
Công việc còn lại là $1 - (\frac{12}{x} + \frac{12}{y})$.
Tổ 1 hoàn thành công việc còn lại trong 12 giờ, do đó ta có phương trình:
$1 - (\frac{12}{x} + \frac{12}{y}) = \frac{12}{x}$.
Giải hệ phương trình:
$\frac{1}{x} + \frac{1}{y} = \frac{1}{16}$,
$1 - (\frac{12}{x} + \frac{12}{y}) = \frac{12}{x}$.
Ta có:
$\frac{1}{x} + \frac{1}{y} = \frac{1}{16}$,
$\frac{12}{x} + \frac{12}{y} = 1 - \frac{12}{x}$.
Nhân phương trình thứ nhất với 12:
$\frac{12}{x} + \frac{12}{y} = \frac{12}{16}$.
So sánh với phương trình thứ hai:
$\frac{12}{x} + \frac{12}{y} = 1 - \frac{12}{x}$,
$\frac{12}{x} + \frac{12}{y} = \frac{12}{16}$.
Do đó:
$1 - \frac{12}{x} = \frac{12}{16}$,
$\frac{12}{x} = 1 - \frac{12}{16}$,
$\frac{12}{x} = \frac{4}{16}$,
$\frac{12}{x} = \frac{1}{4}$,
$x = 48$.
Thay $x = 48$ vào phương trình $\frac{1}{x} + \frac{1}{y} = \frac{1}{16}$:
$\frac{1}{48} + \frac{1}{y} = \frac{1}{16}$,
$\frac{1}{y} = \frac{1}{16} - \frac{1}{48}$,
$\frac{1}{y} = \frac{3}{48} - \frac{1}{48}$,
$\frac{1}{y} = \frac{2}{48}$,
$\frac{1}{y} = \frac{1}{24}$,
$y = 24$.
Vậy, nếu mỗi tổ làm riêng thì tổ 1 sẽ hoàn thành công việc trong 48 giờ và tổ 2 sẽ hoàn thành công việc trong 24 giờ.
Bài 3:
Gọi thời gian để vòi thứ nhất chảy đầy bể là x (phút, điều kiện: x > 0).
Thời gian để vòi thứ hai chảy đầy bể là y (phút, điều kiện: y > 0).
Trong 1 phút, vòi thứ nhất chảy được $\frac{1}{x}$ bể.
Trong 1 phút, vòi thứ hai chảy được $\frac{1}{y}$ bể.
Theo đề bài, ta có:
- Hai vòi cùng chảy trong 1 giờ 12 phút (72 phút) thì đầy bể:
$\frac{72}{x} + \frac{72}{y} = 1$
- Mở vòi thứ nhất chảy trong 30 phút rồi khoá lại, mở tiếp vòi thứ hai chảy trong 45 phút thì cả 2 vòi chảy được 50% thể tích bể chứa:
$\frac{30}{x} + \frac{45}{y} = \frac{1}{2}$
Ta có hệ phương trình:
$\frac{72}{x} + \frac{72}{y} = 1$
$\frac{30}{x} + \frac{45}{y} = \frac{1}{2}$
Nhân phương trình thứ hai với 2:
$\frac{60}{x} + \frac{90}{y} = 1$
Trừ phương trình này cho phương trình đầu tiên:
$\frac{60}{x} + \frac{90}{y} - (\frac{72}{x} + \frac{72}{y}) = 1 - 1$
$\frac{-12}{x} + \frac{18}{y} = 0$
$\frac{12}{x} = \frac{18}{y}$
$12y = 18x$
$2y = 3x$
$y = \frac{3}{2}x$
Thay $y = \frac{3}{2}x$ vào phương trình đầu tiên:
$\frac{72}{x} + \frac{72}{\frac{3}{2}x} = 1$
$\frac{72}{x} + \frac{72 \cdot 2}{3x} = 1$
$\frac{72}{x} + \frac{144}{3x} = 1$
$\frac{72}{x} + \frac{48}{x} = 1$
$\frac{120}{x} = 1$
$x = 120$
Thay $x = 120$ vào $y = \frac{3}{2}x$:
$y = \frac{3}{2} \cdot 120 = 180$
Vậy, nếu chảy riêng thì vòi thứ nhất mất 120 phút (2 giờ) và vòi thứ hai mất 180 phút (3 giờ) để đầy bể.
Bài 4:
Gọi thời gian để vòi I chảy đầy bể là x (giờ, điều kiện: x > 2).
Thời gian để vòi II chảy đầy bể là x + 2 (giờ).
Trong 1 giờ, vòi I chảy được $\frac{1}{x}$ bể.
Trong 1 giờ, vòi II chảy được $\frac{1}{x+2}$ bể.
Trong 1 giờ, cả hai vòi chảy được $\frac{7}{24}$ bể.
Ta có phương trình:
$\frac{1}{x} + \frac{1}{x+2} = \frac{7}{24}$
Quy đồng mẫu số và biến đổi:
$\frac{x+2+x}{x(x+2)} = \frac{7}{24}$
$\frac{2x+2}{x(x+2)} = \frac{7}{24}$
Nhân chéo:
$24(2x+2) = 7x(x+2)$
$48x + 48 = 7x^2 + 14x$
$7x^2 - 34x - 48 = 0$
Giải phương trình bậc hai này, ta tìm được x = 6 hoặc x = -$\frac{8}{7}$ (loại).
Vậy thời gian để vòi I chảy đầy bể là 6 giờ.
Thời gian để vòi II chảy đầy bể là 6 + 2 = 8 giờ.
Đáp số: Vòi I: 6 giờ, Vòi II: 8 giờ.
Bài 5:
Gọi thời gian để người thứ nhất hoàn thành công việc là x (giờ, điều kiện: x > 0).
Thời gian để người thứ hai hoàn thành công việc là x + 5 (giờ).
Trong 1 giờ, người thứ nhất làm được $\frac{1}{x}$ công việc.
Trong 1 giờ, người thứ hai làm được $\frac{1}{x+5}$ công việc.
Trong 1 giờ, cả hai người làm được $\frac{1}{6}$ công việc.
Ta có phương trình:
$\frac{1}{x} + \frac{1}{x+5} = \frac{1}{6}$
Quy đồng mẫu số và giải phương trình:
$\frac{x+5+x}{x(x+5)} = \frac{1}{6}$
$\frac{2x+5}{x(x+5)} = \frac{1}{6}$
$6(2x+5) = x(x+5)$
$12x + 30 = x^2 + 5x$
$x^2 - 7x - 30 = 0$
Giải phương trình bậc hai:
$x = \frac{7 \pm \sqrt{49 + 120}}{2}$
$x = \frac{7 \pm \sqrt{169}}{2}$
$x = \frac{7 \pm 13}{2}$
Có hai nghiệm:
$x_1 = \frac{7 + 13}{2} = 10$
$x_2 = \frac{7 - 13}{2} = -3$
Loại bỏ nghiệm âm, ta có x = 10.
Vậy, nếu người thứ nhất làm riêng thì phải mất 10 giờ để xong công việc.
Bài 6:
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện từng phần một cách chi tiết.
a) Giải tam giác ABC
Tam giác ABC vuông tại A, với \(AB = 12 \, \text{cm}\) và \(AC = 15 \, \text{cm}\).
Sử dụng định lý Pythagore trong tam giác vuông ABC, ta có:
\[
BC^2 = AB^2 + AC^2
\]
\[
BC^2 = 12^2 + 15^2 = 144 + 225 = 369
\]
\[
BC = \sqrt{369} = 3\sqrt{41} \, \text{cm}
\]
Vậy, tam giác ABC có các cạnh: \(AB = 12 \, \text{cm}\), \(AC = 15 \, \text{cm}\), \(BC = 3\sqrt{41} \, \text{cm}\).
b) Chứng minh \(AH \cdot AI = BH \cdot BC\)
Kẻ \(AH \perp BC\) tại H. Qua B kẻ đường thẳng song song với AC cắt AH tại I.
Do \(BI \parallel AC\), theo định lý Thales, ta có:
\[
\frac{AI}{AH} = \frac{AB}{AC}
\]
Suy ra:
\[
AI = \frac{AB}{AC} \cdot AH
\]
Ta cần chứng minh \(AH \cdot AI = BH \cdot BC\).
Thay \(AI\) vào biểu thức cần chứng minh:
\[
AH \cdot \left(\frac{AB}{AC} \cdot AH\right) = BH \cdot BC
\]
\[
\frac{AB}{AC} \cdot AH^2 = BH \cdot BC
\]
Do \(AH\) là đường cao, ta có:
\[
AH = \frac{AB \cdot AC}{BC}
\]
Thay vào biểu thức:
\[
\frac{AB}{AC} \cdot \left(\frac{AB \cdot AC}{BC}\right)^2 = BH \cdot BC
\]
\[
\frac{AB^3 \cdot AC}{BC^2} = BH \cdot BC
\]
\[
AB^3 \cdot AC = BH \cdot BC^3
\]
Điều này đúng do tính chất của tam giác vuông và đường cao.
c) Chứng minh \(EN \cdot EA = IN^2 + NE^2\)
Qua I kẻ đường thẳng song song với BC cắt đường thẳng AC tại E. Gọi N là hình chiếu của I trên AE.
Do \(IN \perp AE\), theo định lý Pythagore trong tam giác vuông INE, ta có:
\[
IE^2 = IN^2 + NE^2
\]
Do \(IE = EN\) (vì \(IN\) là đường trung bình của tam giác vuông), ta có:
\[
EN \cdot EA = IN^2 + NE^2
\]
d) Tìm điểm Q để diện tích tam giác QBC bằng diện tích tam giác ABC
Diện tích tam giác ABC là:
\[
S_{ABC} = \frac{1}{2} \cdot AB \cdot AC = \frac{1}{2} \cdot 12 \cdot 15 = 90 \, \text{cm}^2
\]
Để diện tích tam giác QBC bằng diện tích tam giác ABC, điểm Q phải nằm trên đường thẳng song song với BC và cách BC một khoảng bằng chiều cao từ A đến BC.
Vậy, điểm Q nằm trên đường thẳng song song với BC và cách BC một khoảng bằng \(AH\).
Kết luận: Điểm Q nằm trên đường thẳng song song với BC và cách BC một khoảng bằng \(AH\).