Bài 61 trang 56 SGK giải tích 12 nâng cao


Một viên đạn được bắn ra với vận tốc ban đầu từ một nòng súng đặt ở gốc tọa độ O, nghiêng một góc với mặt đất (nòng súng nằm trong mặt phẳng thẳng đứng Oxy và tạo với trục hoành Ox góc ). Biết quỹ đạo chuyển động của viên đạn là parabol.

Đề bài

Một viên đạn được bắn ra với vận tốc ban đầu \({v_o} > 0\) từ một nòng súng đặt ở gốc tọa độ \(O\), nghiêng một góc  \(\alpha \) với mặt đất (nòng súng nằm trong mặt phẳng thẳng đứng \(Oxy\) và tạo với trục hoành \(Ox\) góc \(\alpha \) ). Biết quỹ đạo chuyển động của viên đạn là parabol.

\(\left( {{\gamma _\alpha }} \right):y =  - {g \over {2v_o^2}}\left( {1 + {{\tan }^2}\alpha } \right){x^2} + x\tan \alpha \) ( \(g\) là gia tốc trọng trường).

Chứng minh rằng với mọi \(\alpha  \in \left( {0;{\pi  \over 2}} \right),\,\left( {{\gamma _\alpha }} \right)\) luôn tiếp xúc với parabol \((P)\) có phương trình là: \(y =  - {g \over {2v_o^2}}{x^2} + {{v_o^2} \over {2g}}\) và tìm tọa độ tiếp điểm \((P)\) được gọi là parabol an toàn).

Phương pháp giải - Xem chi tiết

Hai đường cong f(x) và g(x) tiếp xúc nhau nếu hệ sau có nghiệm: 

\(\left\{ \begin{array}{l}
f\left( x \right) = g\left( x \right)\\
f'\left( x \right) = g'\left( x \right)
\end{array} \right.\)

Nghiệm của hệ trên chính là hoành độ tiếp điểm.

Lời giải chi tiết

Ta có:

\(y =  - {g \over {2v_o^2}}\left( {1 + {{\tan }^2}\alpha } \right){x^2} + x\tan \alpha\)

\( \Rightarrow y' =- {g \over {v_o^2}}\left( {1 + {{\tan }^2}\alpha } \right)x + \tan \alpha   \)

\(y =  - {g \over {2v_o^2}}{x^2} + {{v_o^2} \over {2g}}\)

\(\Rightarrow y'= - {g \over {v_o^2}}x\)

Hoành độ tiếp điểm của hai parabol là nghiệm của hệ phương trình:

\(\left\{ \matrix{
- {g \over {2v_o^2}}\left( {1 + {{\tan }^2}\alpha } \right){x^2} + x\tan \alpha = - {g \over {2v_o^2}}{x^2} + {{v_o^2} \over {2g}} \hfill \cr 
- {g \over {v_o^2}}\left( {1 + {{\tan }^2}\alpha } \right)x + \tan \alpha = - {g \over {v_o^2}}x \hfill \cr} \right.\)

Xét phương trình thứ hai trong hệ:

\(\begin{array}{l}
PT \Leftrightarrow - \frac{g}{{v_0^2}}\left( {1 + {{\tan }^2}\alpha } \right)x + \tan \alpha + \frac{g}{{v_0^2}}x = 0\\
\Leftrightarrow \frac{g}{{v_0^2}}x\left( { - 1 - {{\tan }^2}\alpha + 1} \right) + \tan \alpha = 0\\
\Leftrightarrow \frac{{ - g{{\tan }^2}\alpha }}{{v_0^2}}x = - \tan \alpha \\
\Leftrightarrow x = \left( { - \tan \alpha } \right):\frac{{ - g{{\tan }^2}\alpha }}{{v_0^2}}\\
\Leftrightarrow x = \frac{{v_0^2}}{{g\tan \alpha }}
\end{array}\)

Thay \(x = {{v_o^2} \over {g\tan \alpha }}\) và pt thứ nhất trong hệ ta thấy thỏa mãn.

Vậy với mọi \(\alpha  \in \left( {0;{\pi  \over 2}} \right)\) hai parabol luôn tiếp xúc với nhau.

Hoành độ tiếp điểm là \(x = {{v_o^2} \over {g\tan \alpha }}\). Tung độ của tiếp điểm là

\(y =  - {g \over {2v_o^2}}{\left( {{{v_o^2} \over {g\tan \alpha }}} \right)^2} + {{v_o^2} \over {2g}}\) \( = {{v_o^2} \over {2g}}\left( {1 - {1 \over {{{\tan }^2}\alpha }}} \right)={{v_o^2} \over {2g}}{\left( {1 - {{\cot }^2}\alpha } \right)} \)

Điểm \(\left( {{{v_o^2} \over {g\tan \alpha }};{{v_o^2} \over {2g}}\left( {1 - {{\cot }^2}\alpha } \right)} \right)\) là tiếp điểm của hai parabol với mọi \(\alpha  \in \left( {0;{\pi  \over 2}} \right)\)

Loigiaihay.com


Bình chọn:
3.3 trên 3 phiếu

>> Luyện thi tốt nghiệp THPT và Đại học năm 2021, mọi lúc, mọi nơi tất cả các môn cùng các thầy cô giỏi nổi tiếng, dạy hay dễ hiểu trên Tuyensinh247.com. Đã có đầy đủ các khóa học từ nền tảng tới luyện thi chuyên sâu.


Gửi bài