Đề bài
Tìm hình nón có thể tích lớn nhất khi diện tích toàn phần của nó bằng diện tích hình tròn bán kính a cho trước.
Lời giải chi tiết
Kí hiệu bán kính đáy và chiều cao hình nón lần lượt là x và y (x, y > 0). Khi đó, diện tích toàn phần của hình nón là
\(\pi x\sqrt {{x^2} + {y^2}} + \pi {x^2},\)
Theo gia thiết ta có
\(\eqalign{ & \pi x\sqrt {{x^2} + {y^2}} + \pi {x^2} = \pi {a^2} \cr & \Leftrightarrow x\sqrt {{x^2} + {y^2}} + {x^2} = {a^2} \cr & \cr} \)
\( \Leftrightarrow x\sqrt {{x^2} + {y^2}} = {a^2} - {x^2}\) (điều kiện x < a)
\(\eqalign{ & \Leftrightarrow {x^2}({x^2} + {y^2}) = {a^4} + {x^4} - 2{a^2}{x^2} \cr & \Leftrightarrow {x^2}{y^2} = {a^4} - 2{a^2}{x^2} \Leftrightarrow {x^2} = {{{a^4}} \over {{y^2} + 2{a^2}}} \cr} \)
Khi đó thể tích khối nón là
\(V = {1 \over 3}\pi {{{a^4}} \over {{y^2} + 2{a^2}}}.y = {{\pi {a^4}} \over 3}.{y \over {{y^2} + 2{a^2}}}.\)
Từ đó V đạt giá trị lớn nhất khi và chỉ khi \({{{y^2} + 2{a^2}} \over y}\) đạt giá trị nhỏ nhất.
Ta có \({{{y^2} + 2{a^2}} \over y} = y + {{2{a^2}} \over y} \ge 2\sqrt {y.{{2{a^2}} \over y}} = 2\sqrt 2 a.\)
Vậy V đạt giá trị lớn nhất khi và chỉ khi \(y = {{2{a^2}} \over y},\) tức là \(y = a\sqrt 2 \), lúc đó \(x = {a \over 2}.\)
soanvan.me