Giải Bài 1.46 trang 45 SGK Toán 12
Đề bài
Một đường dây điện được nối từ một nhà máy điện ở $A$ đến một hòn đảo ở $C$ như Hình 1.40. Khoảng cách từ $C$ đến $B$ là 4 km. Bờ biển chạy thẳng từ $A$ đến $B$ với khoảng cách là 10 km. Tổng chi phí lắp đặt cho 1 km dây điện trên biển là 50 triệu đồng, còn trên đất liền là 30 triệu đồng. Xác định vị trí điểm $M$ trên đoạn $AB$ (điểm nối dây từ đất liền ra đảo) để tổng chi phí lắp đặt là nhỏ nhất.
Mô tả hình bằng lời
Hình 1.40: Tam giác vuông $CBA$ vuông tại $B$. $B$ ở góc trái dưới, $A$ ở phải dưới (đoạn $BA$ nằm ngang là bờ biển dài 10 km), $C$ ở trên $B$ (đoạn $CB$ thẳng đứng dài 4 km). Điểm $M$ nằm trên đoạn $BA$ (giữa $B$ và $A$). Dây điện đi từ $A$ dọc bờ biển đến $M$ (trên đất liền), rồi từ $M$ nối thẳng ra đảo $C$ (trên biển).
Lời giải
Thiết lập hàm chi phí
Gọi $BM = x$ (km) là khoảng cách từ chân đường thẳng góc $B$ đến điểm nối $M$, với điều kiện $0 \le x \le 10$.
- Đoạn dây trên đất liền là $AM = AB - BM = 10 - x$ (km).
- Tam giác $CBM$ vuông tại $B$ nên đoạn dây trên biển (từ $M$ ra đảo $C$) là:
$$MC = \sqrt{BM^2 + CB^2} = \sqrt{x^2 + 4^2} = \sqrt{x^2 + 16}\ \text{(km)}.$$
Tổng chi phí lắp đặt (đơn vị: triệu đồng) là:
$$T(x) = 30\,(10 - x) + 50\,\sqrt{x^2 + 16}, \qquad 0 \le x \le 10.$$
Tìm giá trị nhỏ nhất bằng đạo hàm
Ta có:
$$T'(x) = -30 + 50 \cdot \frac{x}{\sqrt{x^2 + 16}}.$$
Cho $T'(x) = 0$:
$$50 \cdot \frac{x}{\sqrt{x^2 + 16}} = 30 \;\Leftrightarrow\; 5x = 3\sqrt{x^2 + 16}.$$
Vì $x \ge 0$, bình phương hai vế:
$$25x^2 = 9(x^2 + 16) \;\Leftrightarrow\; 16x^2 = 144 \;\Leftrightarrow\; x^2 = 9 \;\Leftrightarrow\; x = 3\ (\text{do } x \ge 0).$$
So sánh giá trị
Ta tính giá trị của $T(x)$ tại điểm dừng $x = 3$ và tại hai đầu mút $x = 0,\ x = 10$:
$$T(0) = 30\cdot 10 + 50\sqrt{16} = 300 + 200 = 500.$$
$$T(3) = 30\,(10 - 3) + 50\sqrt{9 + 16} = 210 + 50\cdot 5 = 210 + 250 = 460.$$
$$T(10) = 30\cdot 0 + 50\sqrt{116} \approx 538{,}5.$$
Giá trị nhỏ nhất của $T(x)$ trên đoạn $[0; 10]$ là $460$ (triệu đồng), đạt được khi $x = 3$.
Kết luận
Điểm $M$ phải nằm cách $B$ một khoảng $BM = 3$ km (tức cách $A$ một khoảng $AM = 7$ km) thì tổng chi phí lắp đặt là nhỏ nhất, bằng $460$ triệu đồng.
Đáp số
Lời giải do Thư viện nhà trường biên soạn, giải và kiểm chéo độc lập theo SGK 2026-2027.
