Câu hỏi
Một nhà máy sản xuất cần thiết kế một thùng sơn dạng hình trụ có nắp đậy với dung tích \(1000c{m^3}\). Muốn chi phí nguyên liệu làm vỏ thùng ít nhất tức là diện tích toàn phần của hình trụ là nhỏ nhất thì bán kính nắp đậy bằng:
- A \(\sqrt[3]{{\dfrac{{500}}{\pi }}}cm\)
- B \(\sqrt[3]{{\dfrac{{1000}}{\pi }}}cm\)
- C \(\sqrt {\dfrac{{1000}}{\pi }} cm\)
- D \(\sqrt {\dfrac{{500}}{\pi }} cm\)
Phương pháp giải:
Thể tích của hình trụ có bán kính bằng \(r,\) chiều cao bằng \(h\) là: \(V = \pi {r^2}h\)
Diện tích toàn phần của hình trụ trên là \(\)\({S_{tp}} = 2\pi rh + 2\pi {r^2}\)
Áp dụng BĐT \(AM - GM\) để giải bài toán.
Lời giải chi tiết:
Gọi \(r\) là bán kính đáy, \(h\) là chiều cao của thùng sơn đã cho.
Theo giả thiết, thùng sơn có dung tích bằng \(1000c{m^3}\) nên ta có:
\(V = 1000 \Leftrightarrow \pi {r^2}h = 1000\)
Diện tích toàn phần của thùng sơn có nắp đạy là
\({S_{tp}} = 2\pi {r^2} + 2\pi rh\)
Áp dụng BĐT AM – GM ta có:
\({S_{tp}} = \pi .\left( {2{r^2} + rh + rh} \right) \ge \pi .3\sqrt[3]{{2{r^2}.rh.rh}} = 3\pi .\sqrt[3]{{2{r^4}.{h^2}}} = 3\pi .\sqrt[3]{{2.{{\left( {\dfrac{{1000}}{\pi }} \right)}^2}}}\)
Dấu ‘=’ xảy ra khi và chỉ khi \(2{r^2} = rh \Leftrightarrow h = 2r\)
Mà \({r^2}h = \dfrac{{1000}}{\pi } \Rightarrow 2{r^3} = \dfrac{{1000}}{\pi } \Rightarrow r = \sqrt[3]{{\dfrac{{500}}{\pi }}}\)
Vậy để diện tích toàn phần của thùng sơn nhỏ nhất thì \(r = \sqrt[3]{{\dfrac{{500}}{\pi }}}\)
Chọn A.