Câu hỏi
Cần phải thiết kế các thùng dạng hình trụ có nắp đựng nước sạch có dung tích \(V\left( c{{m}^{3}} \right).\) Hỏi bán kính \(R\left( cm \right)\) của đáy hình trụ nhận giá trị nào sau đây để tiết kiệm vật liệu nhất?
- A \(R=\sqrt[3]{\frac{3V}{2\pi }}\)
- B \(R=\sqrt[3]{\frac{V}{\pi }}\)
- C \(R=\sqrt[3]{\frac{V}{4\pi }}\)
- D \(R=\sqrt[3]{\frac{V}{2\pi }}\)
Phương pháp giải:
+) Gọi chiều cao của hình trụ là h, tính h theo V và R. (Sửu dụng công thức tính thế tích khối trụ : \(V=\pi {{R}^{2}}h\)).
+) Tính diện tích toàn phần của hình trụ theo V và R.
+) Để tiết kiệm vật liệu nhất thì diện tích toàn phần của hình trụ nhỏ nhất, sử dụng BĐT Cauchy tìm GTNN của biểu thức diện tích toàn phần : \(a+b+c\ge 3\sqrt[3]{abc}\,\,\left( a;b;c\ge 0 \right)\)
Lời giải chi tiết:
Gọi chiều cao của hình trụ là h. Ta có: \(V=\pi {{R}^{2}}h\Rightarrow h=\frac{V}{\pi {{R}^{2}}}\)
Diện tích toàn phần của hình trụ là:
\({{S}_{tp}}=2\pi {{R}^{2}}+2\pi R.\frac{V}{\pi {{R}^{2}}}=2\pi {{R}^{2}}+\frac{2V}{R}=2\pi {{R}^{2}}+\frac{V}{R}+\frac{V}{R}\ge 3\sqrt[3]{2\pi {{R}^{2}}.\frac{V}{R}.\frac{V}{R}}=3\sqrt[3]{2\pi {{V}^{2}}}\)
Dấu = xảy ra \(\Leftrightarrow 2\pi {{R}^{2}}=\frac{V}{R}\Leftrightarrow R=\sqrt[3]{\frac{V}{2\pi }}\)
Đáp án D.