TopStudy

Toán · Lớp 12

Giải chuyên đề Toán 12 CTST Bài 2. Vận dụng đạo hàm giải bài toán tối ưu có đáp án

17 câu · 26 phút · Ngân hàng đề TopStudy. Đáp án và lời giải do TopStudy biên soạn, mở ngay dưới từng câu.

Làm bài

Nội dung đề

Phần I. Tự luận

Câu 1

1 điểm

Một người đang ở vị trí A muốn đi đến vị trí B trên bờ hồ như hình bên. Biết rằng người đó chèo thuyền với tốc độ 50 m/phút và chạy bộ với tốc độ 100 m/phút. Nếu người đó chèo thuyền thẳng từ A đến B thì tốn bao nhiêu thời gian? Có phương án nào tốn ít thời gian hơn không?

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Sau bài học này, ta giải quyết được bài toán trên như sau:

Áp dụng định lý Pythagore, ta tính được AB = 500 m.

Do đó, nếu người đó chèo thuyền thẳng từ A đến B thì tốn Hình minh hoạ phút.

Ta xem xét phương án sau:

Giả sử người đó chèo thuyền thẳng đến điểm D nằm giữa B và C và cách C một đoạn x (m), rồi chạy bộ thẳng đến B.

Hình minh hoạ

Ta cần tìm giá trị của x để người đó tốn ít thời gian nhất.

Ta có: Hình minh hoạ (m); DB = 400 – x (m) với 0 ≤ x ≤ 400.

Thời gian người đó tiêu tốn là

Hình minh hoạ (phút).

Xét hàm số Hình minh hoạ với 0 ≤ x ≤ 400, ta có:

Hình minh hoạ;

y*'* = 0 ⇔ Hình minh hoạ ⇔ 4x2 = x2 + 90 000

⇔ x2 = 30 000 ⇔ x = Hình minh hoạ ∈ [0; 400].

Ta có y(0) = 1 000; Hình minh hoạ; y(400) = 1 000.

Vậy Hình minh hoạ.

Suy ra giá trị nhỏ nhất của t là Hình minh hoạ (phút), đạt được khi x = Hình minh hoạ ≈ 173 (m).

Do đó, người đó tốn ít thời gian nhất khi x = Hình minh hoạ ≈ 173 (m).

Nhận thấy 9,2 phút < 10 phút nên người đó chèo thuyền từ A thẳng đến điểm D nằm giữa B và C và cách C một đoạn xấp xỉ bằng 173 m, rồi chạy bộ thẳng đến B là phương án tốn ít thời gian nhất.

Câu 2

1 điểm

Người ta muốn sản xuất những chiếc thùng có dạng hình hộp chữ nhật không nắp, có đáy là hình vuông và thể tích chứa là 500 dm3 (Hình 1). Biết rằng chiều cao của thùng trong khoảng từ 3 dm đến 10 dm.

Hình minh hoạ

Nếu gọi độ dài cạnh đáy của thùng là x (dm), chiều cao của thùng là h (dm) thì tổng diện tích các mặt của thùng, kí hiệu S, có thể được biểu thị bằng biểu thức nào?

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Tổng diện tích các mặt của thùng là S = 4xh + x2 (dm2).

Câu 3

1 điểm

Người ta muốn sản xuất những chiếc thùng có dạng hình hộp chữ nhật không nắp, có đáy là hình vuông và thể tích chứa là 500 dm3 (Hình 1). Biết rằng chiều cao của thùng trong khoảng từ 3 dm đến 10 dm.

Hình minh hoạ

Có thể biểu thị tổng diện tích S theo x không? Biến x nhận giá trị trong miền nào?

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Thể tích của thùng là V = x2h = 500 (dm3).

Suy ra Hình minh hoạ (dm).

Vì 3 ≤ h ≤ 10 nên Hình minh hoạ, suy ra Hình minh hoạ.

Khi đó, tổng diện tích các mặt của thùng là

S(x) = Hình minh hoạ (dm2) với Hình minh hoạ.

Câu 4

1 điểm

Người ta muốn sản xuất những chiếc thùng có dạng hình hộp chữ nhật không nắp, có đáy là hình vuông và thể tích chứa là 500 dm3 (Hình 1). Biết rằng chiều cao của thùng trong khoảng từ 3 dm đến 10 dm.

Hình minh hoạ

Với giá trị nào của x thì S có giá trị nhỏ nhất?

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Xét hàm số S(x) = Hình minh hoạ (dm2) với Hình minh hoạ.

Ta có S*'*(x) = Hình minh hoạ;

Trên khoảng Hình minh hoạ, S*'*(x) = 0 ⇔ x = 10.

Có Hình minh hoạ; S(10) = 300; Hình minh hoạ.

Do đó, Hình minh hoạ tại x = 10.

Vậy với x = 10 dm thì S có giá trị nhỏ nhất.

Câu 5

1 điểm

Hai nhà máy được đặt tại các vị trí A và B cách nhau 4 km. Nhà máy xử lí nước thải được đặt ở vị trí C trên đường trung trực của đoạn thẳng AB, cách trung điểm M của đoạn thẳng AB một khoảng là 3km. Người ta muốn làm đường ống dẫn nước thải từ hai nhà máy A, B đến nhà máy xử lí nước thải C gồm các đoạn thẳng AI, BI và IC, với I là vị trí nằm giữa M và C (Hình 4). Cần chọn vị trí điểm I như thế nào để tổng độ dài đường ống nhỏ nhất? Tìm giá trị nhỏ nhất đó.

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý

Đặt IM = x (km, 0 ≤ x ≤ 3).

Suy ra IC = 3 – x (km).

Vì M là trung điểm của AB nên MA = MB = 2 km.

Áp dụng định lí Pythagore trong các tam giác vuông AMI và BMI, ta có:

IA = IB = Hình minh hoạ (km).

Tổng độ dài đường ống dẫn nước thải là

d = IA + IB + IC = Hình minh hoạ (km).

Xét hàm số y = Hình minh hoạ với 0 ≤ x ≤ 3, ta có:

y*'* = Hình minh hoạ;

y*'* = 0 ⇔ Hình minh hoạ Hình minh hoạ

⇔ 3x2 = 4 ⇒ x = Hình minh hoạ.

Ta có y(0) = 7; Hình minh hoạ; y(3) = Hình minh hoạ.

Do đó, Hình minh hoạ.

Suy ra giá trị nhỏ nhất của d khoảng 6,46 km, đạt được khi Hình minh hoạ (km).

Vậy cần chọn vị trí điểm I đặt cách vị trí M (trung điểm của AB) một khoảng xấp xỉ bằng 1,15 km thì tổng độ dài đường ống dẫn nước thải nhỏ nhất và giá trị nhỏ nhất này xấp xỉ bằng 6,46 km.

Câu 6

1 điểm

Mặt cắt ngang của một máng dẫn nước là một hình thang cân có độ dài đáy bé bằng độ dài cạnh bên và bằng a (cm) không đổi (Hình 5). Gọi α là một góc của hình thang cân tạo bởi đáy bé và cạnh bên Hình minh hoạ. Tìm α để diện tích mặt cắt ngang của máng lớn nhất.

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Câu 7

1 điểm

Tại một xưởng sản xuất, chi phí để sản xuất x sản phẩm mỗi tháng là

C(x) = 5 000 + 50x + 0,005x2 (nghìn đồng).

Tính chi phí trung bình để sản xuất một sản phẩm.

Xem đáp án và lời giải

Câu 8

1 điểm

Tại một xưởng sản xuất, chi phí để sản xuất x sản phẩm mỗi tháng là

C(x) = 5 000 + 50x + 0,005x2 (nghìn đồng).

Mỗi tháng xưởng sản xuất bao nhiêu sản phẩm thì chi phí trung bình để sản xuất một sản phẩm thấp nhất?

Xem đáp án và lời giải

Câu 9

1 điểm

Cơ sở A chuyên cung cấp một loại sản phẩm nông nghiệp X cho nhà phân phối B. Hai bên thỏa thuận rằng, nếu đầu tháng B đặt hàng x tạ sản phẩm X thì giá bán mỗi tạ sản phẩm là P(x) = 5 – 0,0005x2 (triệu đồng) (x ≤ 40). Chi phí A phải bỏ ra cho x tạ sản phẩm X trong một tháng là C(x) = 10 + 3,5x (triệu đồng).

Nếu trong một tháng A bán x tạ sản phẩm X cho B thì A nhận được bao nhiêu doanh thu, bao nhiêu lợi nhuận?

Xem đáp án và lời giải

Câu 10

1 điểm

Cơ sở A chuyên cung cấp một loại sản phẩm nông nghiệp X cho nhà phân phối B. Hai bên thỏa thuận rằng, nếu đầu tháng B đặt hàng x tạ sản phẩm X thì giá bán mỗi tạ sản phẩm là P(x) = 5 – 0,0005x2 (triệu đồng) (x ≤ 40). Chi phí A phải bỏ ra cho x tạ sản phẩm X trong một tháng là C(x) = 10 + 3,5x (triệu đồng).

Trong một tháng B đặt hàng bao nhiêu tạ sản phẩm X từ A thì A nhận được lợi nhuận lớn nhất?

Xem đáp án và lời giải

Câu 11

1 điểm
Hiện tại, mỗi tháng một cửa hàng đồ lưu niệm bán được 100 sản phẩm A. Với mỗi sản phẩm A bán được, cửa hàng thu được 20 nghìn đồng lợi nhuận. Qua khảo sát, người ta thấy rằng với mỗi nghìn đồng giảm giá, cửa hàng bán thêm được 10 sản phẩm A. Cửa hàng nên giảm giá bao nhiêu cho mỗi sản phẩm A để thu được lợi nhuận lớn nhất từ việc bán sản phẩm này? Tính lợi nhuận lớn nhất đó.
Xem đáp án và lời giải

Câu 12

1 điểm

Người ta muốn xây một đường cống thoát nước có mặt cắt ngang là hình tạo bởi một nửa hình tròn ghép với một hình chữ nhật (Hình 6). Biết rằng mặt cắt ngang có diện tích 2 m2. Các kích thước x, y (đơn vị: m) bằng bao nhiêu để chu vi của mặt cắt ngang là nhỏ nhất? Tính chu vi nhỏ nhất đó.

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Câu 13

1 điểm

Người ta muốn xây một bể bơi có dạng hình hộp chữ nhật, thể tích 1 800 m3 và chiều sâu 2 m (Hình 7). Biết rằng chi phí xây mỗi đơn vị diện tích của đáy bể gấp hai lần so với thành bể. Cần chọn chiều dài và chiều rộng của bể bằng bao nhiêu để tiết kiệm chi phí xây dựng bể nhất?

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Câu 14

1 điểm

Người ta muốn thiết kế một lồng nuôi cá có bề mặt hình chữ nhật bao gồm phần mặt nước có diện tích bằng 54 m2 và phần đường đi xung quanh với kích thước (đơn vị: m) như Hình 8. Bề mặt của lồng có chiều dài và chiều rộng bằng bao nhiêu để diện tích phần đường đi là bé nhất?

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Câu 15

1 điểm

Một giếng dầu ngoài khơi được đặt ở vị trí A cách bờ biển 3 km, B là vị trí trên bờ biển gần giếng dầu nhất. Nhà máy lọc dầu được đặt ở vị trí C trên bờ biển, cách vị trí B một khoảng 4 km (Hình 9). Người ta dự định lắp đặt đường ống dẫn dầu gồm hai đoạn thẳng AD và DC (D là một vị trí nằm giữa B và C). Biết rằng mỗi mét đường ống đặt dưới biển có chi phí lắp đặt cao gấp đôi so với mỗi mét đường ống đặt trên bờ. Vị trí của D như thế nào để giảm thiểu chi phí lắp đặt nhất?

Hình minh hoạ

Xem đáp án và lời giải

Câu 16

1 điểm
Tính chi phí trung bình trên mỗi nghìn sản phẩm theo x.
Xem đáp án và lời giải

Câu 17

1 điểm

Tại một xí nghiệp, nếu trong một tuần xí nghiệp sản xuất x nghìn sản phẩm thì chi phí sản xuất gồm: 10 triệu đồng chi phí cố định, 3 triệu đồng cho mỗi nghìn sản phẩm và 0,001x2 triệu đồng chi phí bảo dưỡng thiết bị.

Mỗi tuần xí nghiệp cần sản xuất bao nhiêu sản phẩm để chi phí trung bình thấp nhất?

Xem đáp án và lời giải

Đề cùng chủ đề

Tất cả đề Chuyên đề 1: Ứng dụng toán học giải các bài toán tối ưu · Các bộ sách Toán Lớp 12