Câu hỏi
Cho một miếng tôn hình tròn tâm \(O\), bán kính \(R\). Cắt bỏ một phần miếng tôn theo một hình quạt \(OAB\) và gò phần còn lại thành một hình nón đỉnh \(O\) không có đáy (\(OA\) trùng với \(OB\)). Gọi \(S\) và \(S'\) lần lượt là diện tích của miếng tôn hình tròn ban đầu và diện tích của miếng tôn còn lại. tìm tỉ số \(\frac{{S'}}{S}\) để thể tích của khối nón đạt giá trị lớn nhất.
- A \(\frac{{\sqrt 2 }}{3}\)
- B \(\frac{1}{4}\)
- C \(\frac{1}{3}\)
- D \(\frac{{\sqrt 6 }}{3}\)
Phương pháp giải:
- Lập hàm tinh thể tích khối nón, xét hàm suy ra GTLN.
- Tính diện tích \(S,S'\) với chú ý \(S\) là diện tích hình tròn và \(S'\) là diện tích xung quanh của hình nón
Lời giải chi tiết:
Diện tích hình tròn \(S = \pi {R^2}\).
Gọi bán kính đường tròn đáy hình nón là \(r\,\,\left( {0 < r < R} \right)\) ta có \(V = \dfrac{1}{3}\pi {r^2}h = \dfrac{1}{3}\pi {r^2}\sqrt {{R^2} - {r^2}} \).
Xét hàm \(f\left( r \right) = {r^2}\sqrt {{R^2} - {r^2}} \) có \(f'\left( r \right) = 2r\sqrt {{R^2} - {r^2}} + {r^2}.\dfrac{{ - r}}{{\sqrt {{R^2} - {r^2}} }} = \dfrac{{2r\left( {{R^2} - {r^2}} \right) - {r^3}}}{{\left( {{R^2} - {r^2}} \right)\sqrt {{R^2} - {r^2}} }} = \dfrac{{r\left( {2{R^2} - 3{r^2}} \right)}}{{\left( {{R^2} - {r^2}} \right)\sqrt {{R^2} - {r^2}} }}\)
\(f'\left( r \right) = 0 \Leftrightarrow r = \dfrac{{R\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }}\) (do \(0 < r < R\)).
Bảng biến thiên:
Do đó thể tích \(V\) đạt GTLN tại \(r = \dfrac{{R\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }}\). Khi đó \(S' = {S_{xq}} = \pi rl = \pi .\dfrac{{R\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }}.R = \dfrac{{\pi {R^2}\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }}\).
Vậy \(\dfrac{{S'}}{S} = \dfrac{{\pi {R^2}\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }}:\pi {R^2} = \dfrac{{\sqrt 2 }}{{\sqrt 3 }} = \dfrac{{\sqrt 6 }}{3}\).
Chọn D