Bài 7 trang 44 Toán 12 tập 1 Cánh Diều

Đề bài:

Một tàu đổ bộ tiếp cận Mặt Trăng theo cách tiếp cận thẳng đứng và đốt cháy các tên lửa hãm ở độ cao 250 km so với bề mặt của Mặt Trăng.

trong khoảng 50 giây đầu tiên kể từ khi đốt cháy các tên lửa hãm, độ cao h của con tàu so với bề mặt của Mặt Trăng được tính (gần đúng) bởi hàm

h(t) = -0,01t³ + 1,1t² - 30t + 250

Trong đó t là thời gian tính bằng giây và h là độ cao tính bằng kilômét (Nguồn: A. Bigalke et al., Mathematik, Grundkurs ma-1, Cornelsen 2016).

a) Vẽ đồ thị của hàm số y = h(t) với 0 ≤ t ≤ 50 (đơn vị trên trục hoành là 10 giây, đơn vị trên trục tung là 10 km)

b) Gọi v(t) là vận tốc tức thời của con tàu ở thời điểm t (giây) kể từ khi đốt cháy các tên lửa hãm với 0 ≤ t ≤ 50. Xác định hàm số v(t)

c) Vận tốc tức thời của con tàu lúc bắt đầu hãm phanh là bao nhiêu? Tại thời điểm t = 25 (giây) là bao nhiêu?

d) Tại thời điểm t = 25 (giây), vận tốc tức thời của con tàu vẫn giảm hay đang tăng trở lại?

e) Tìm thời điểm (0 ≤ t ≤ 50) sao cho con tàu đạt khoảng cách nhỏ nhất so với bề mặt của Mặt Trăng. Khoảng cách nhỏ nhất này là bao nhiêu?

Phân tích và Hướng dẫn giải:

1. Vận tốc $\mathbf{v(t)}$: Vận tốc tức thời là đạo hàm của hàm độ cao: $\mathbf{v(t) = h'(t)}$.

2. Khoảng cách nhỏ nhất (Min): Áp dụng quy tắc tìm giá trị lớn nhất/nhỏ nhất trên đoạn $\mathbf{[0; 50]}$: Tìm nghiệm $\mathbf{h'(t)=0}$ trong đoạn, tính $\mathbf{h(t)}$ tại các điểm cực trị và tại hai mút $\mathbf{h(0)}$ và $\mathbf{h(50)}$.

3. Sự tăng/giảm của vận tốc: Vận tốc $v(t)$ giảm khi $\mathbf{v'(t) < 0}$ ($\mathbf{h''(t) < 0}$), và tăng khi $\mathbf{v'(t) > 0}$ ($\mathbf{h''(t) > 0}$).

Lời giải chi tiết:

a) Xét hàm số h(t) = – 0,01t³ + 1,1t² – 30t + 250 với t ∈ [0; 70].

Ta có h'(t) = – 0,03t² + 2,2t – 30;

Trên khoảng (0; 70), h'(t) = 0 khi t ≈ 18 hoặc t ≈ 55.

h(0) = 250; h(18) ≈ 8,08; h(55,23) ≈ 263,75; h(70) = 110.

Do đó, tại t = 18.

Vậy tại thời điểm t = 18 giây thì con tàu đạt khoảng cách nhỏ nhất so với bề mặt của Mặt Trăng và khoảng cách nhỏ nhất này bằng 8,08 km.

b) Xét hàm số h(t) = – 0,01t³ + 1,1t² – 30t + 250 với t ∈ [0; 70].

Ta có h'(t) = – 0,03t² + 2,2t – 30;

Trên khoảng (0; 70), h'(t) = 0 khi t ≈ 18 hoặc t ≈ 55.

Bảng biến thiên của hàm số h(t) như sau:

Trên khoảng (0; 70), đồ thị hàm số h(t) đi qua các điểm (0; 250), (10; 50), (50; 250) và (60; 250).

c) Ta có v(t) là vận tốc tức thời của con tàu ở thời điểm t (giây) kể từ khi đốt cháy các tên lửa hãm với 0 ≤ t ≤ 70.

Khi đó v(t) = h'(t) = – 0,03t² + 2,2t – 30 với t ∈ [0; 70].

d) Tại thời điểm bắt đầu đốt cháy các tên lửa hãm, tức t = 0, vận tốc của tức thời của con tàu là:

v(0) = – 0,03 ∙ 0² + 2,2 ∙ 0 – 30 = – 30 (km/s).

Tại thời điểm t = 25 (giây), vận tốc tức thời của con tàu là:

v(25) = – 0,03 ∙ 25² + 2,2 ∙ 25 – 30 = 6,25 (km/s).

e) Tại thời điểm t = 25 (giây), lúc đó t ∈ (18; 55), căn cứ vào bảng biến thiên ở câu b), ta thấy rằng h'(t) > 0, tức là v(t) > 0, vậy vận tốc tức thời của con tàu đang tăng trở lại.