📌 Đề bài (Trả lời ngắn):
Một chiếc xe đua bắt đầu tăng tốc sau khi vượt qua một khúc cua hiểm trở. Trong khoảng thời gian $10$ giây kể từ lúc bắt đầu tăng tốc, quãng đường xe đi được (tính bằng mét) sau $t$ giây ($0 \le t \le 10$) được mô hình hóa bởi hàm số: $$s(t) = \frac{1}{3}t^3 – 2t^2 + 20t$$ Biết rằng vận tốc tức thời là đạo hàm bậc nhất của quãng đường và gia tốc tức thời là đạo hàm bậc nhất của vận tốc. Tính vận tốc tức thời của chiếc xe đua (theo đơn vị $\text{m/s}$) tại thời điểm gia tốc của xe đạt $8\text{ m/s}^2$.
📚 Phương pháp giải & Lý thuyết trọng tâm
Trong chương trình môn Toán 12 về ứng dụng đạo hàm vào bài toán chuyển động, mối liên hệ giữa các đại lượng động học được xác định như sau:
- Vận tốc tức thời: $v(t) = s'(t)$, là đạo hàm bậc nhất của hàm quãng đường theo thời gian.
- Gia tốc tức thời: $a(t) = v'(t) = s”(t)$, là đạo hàm bậc nhất của vận tốc hoặc đạo hàm bậc hai của quãng đường.
- Các bước giải bài toán:
- Lấy đạo hàm bậc nhất $s'(t)$ để xác định biểu thức vận tốc $v(t)$.
- Lấy đạo hàm của $v(t)$ để xác định biểu thức gia tốc $a(t)$.
- Thiết lập phương trình $a(t) = 8$ để giải tìm thời điểm $t$ tương ứng (lưu ý kiểm tra điều kiện của biến $t$).
- Thay giá trị $t$ vừa tìm được vào biểu thức $v(t)$ để tính giá trị vận tốc tức thời cần tìm.
Tương tự như bài toán cực trị khoảng cách giữa hai xe ô tô chuyển động vuông góc, việc thiết lập chính xác các hàm số phụ thuộc thời gian $t$ là chìa khóa để giải quyết triệt để các bài toán thực tiễn.
💡 LỜI GIẢI CHI TIẾT & CÁCH GIẢI TỪNG BƯỚC (Nhấn để mở)
Bước 1: Tìm biểu thức vận tốc tức thời $v(t)$
Vận tốc tức thời của xe đua tại thời điểm $t$ ($0 \le t \le 10$) là đạo hàm bậc nhất của hàm số quãng đường: $$v(t) = s'(t) = \left( \frac{1}{3}t^3 – 2t^2 + 20t \right)’ = t^2 – 4t + 20\quad (\text{m/s})$$
Bước 2: Tìm biểu thức gia tốc tức thời $a(t)$
Gia tốc tức thời của xe tại thời điểm $t$ là đạo hàm bậc nhất của hàm vận tốc: $$a(t) = v'(t) = (t^2 – 4t + 20)’ = 2t – 4\quad (\text{m/s}^2)$$
Bước 3: Xác định thời điểm xe đạt gia tốc $8\text{ m/s}^2$
Theo giả thiết bài toán, gia tốc của xe đua đạt $8\text{ m/s}^2$, ta có phương trình: $$a(t) = 8 \iff 2t – 4 = 8 \iff 2t = 12 \iff t = 6$$ Giá trị $t = 6$ thỏa mãn điều kiện $0 \le t \le 10$.
Bước 4: Tính vận tốc tức thời của xe tại thời điểm $t = 6\text{ s}$
Thay $t = 6$ vào biểu thức vận tốc $v(t)$ ta được: $$v(6) = 6^2 – 4 \cdot 6 + 20 = 36 – 24 + 20 = 32\quad (\text{m/s})$$
👉 Đáp số (kết quả điền số): 32

Để lại phản hồi