Kinzhal là tên lửa siêu thanh có khả năng mang đầu đạn hạt nhân, được phóng đi từ các hệ thống phóng mặt đất. Giả sử rằng Kinzhal (không gắn với động cơ) được bắn lên cao theo phương trình \[s\left( t \right) = 1960t - 49{t^2}\] trong đó \[t\] là thời gian (\[t > 0\], đơn vị giây) và \[s\left( t \right)\] là khoảng cách của tên lửa so với mặt đất được tính bằng kilômet.

a) Khoảng cách của tên lửa so với mặt đất tại thời điểm \[t = 2\,\left( {\rm{s}} \right)\] là \[s = 5\,008\,\,\left( {{\rm{km}}} \right)\].

b) Khoảng cách của tên lửa so với mặt đất tại thời điểm vận tốc bằng \(0\) là \(19\,600\,\,\left( {{\rm{km}}} \right)\).

c) Vận tốc tức thời của tên lửa tại thời điểm \[t = 2\,\left( {\rm{s}} \right)\] là \[5\,008,8\,\,\left( {{\rm{km/s}}} \right)\].

d) Quãng đường lớn nhất mà tên lửa có thể đạt được là \[19\,600\,\,\left( {{\rm{km}}} \right)\].

Từ đồ thị, ta thấy hàm số nghịch biến trên khoảng \(\left( {0;2} \right)\). Chọn D.

Ta có thể mô tả bài toán trên bằng hình vẽ sau:

Như đã phân tích ở đề bài, nếu đi trực tiếp từ \(A\) đến \(B\) trên sa mạc với vận tốc và khoảng cách hiện có thì nhà địa chất học không thể đến đúng thời gian quy định. Vì vậy cần thiết phải chia quãng đường đi được thành \(3\) giai đoạn:

Giai đoạn 1: đi từ \(A\) đến \(C\) (từ sa mạc đến đường nhựa song song).

Giai đoạn 2: đi từ \(C\) đến \(D\) (một quãng đường nào đó trên đường nhựa).

Giai đoạn 3: đi từ \(D\) đến \(B\) (từ điểm kết thúc \(D\) trên đường nhựa đi tiếp đến \(B\) băng qua sa mạc).

Gọi \(C,D\) là các điểm như hình vẽ.

Khi đó gọi \(HC = x\,\left( {{\rm{km}}} \right)\,\,\left( {0 < x < 100} \right)\) và \(DK = y\,\,\left( {{\rm{km}}} \right)\,\left( {0 < y < 100} \right)\).

Quãng đường đi từ \(A\) đến \(C\) là \(AC = \sqrt {225 + {x^2}} \left( {{\rm{km}}} \right) \Rightarrow {t_1} = \frac{{AC}}{{{v_{samac}}}} = \frac{{\sqrt {225 + {x^2}} }}{{30}}\) (giờ).

Quãng đường đi từ \(D\) đến \(B\) là \(DB = \sqrt {225 + {y^2}} \,\left( {{\rm{km}}} \right) \Rightarrow {t_2} = \frac{{DB}}{{{v_{samac}}}} = \frac{{\sqrt {225 + {y^2}} }}{{30}}\) (giờ).

Và quãng đường đi \(C\) đến \(D\) là \(CD = 100 - \left( {x + y} \right)\,\,\left( {{\rm{km}}} \right) \Rightarrow {t_3} = \frac{{CD}}{{{v_{duong\,nhua}}}} = \frac{{100 - \left( {x + y} \right)}}{{50}}\) (giờ).

Vậy tổng thời gian mà nhà địa chất học đi từ A đến B là \(t = {t_1} + {t_2} + {t_3}\).

\( \Rightarrow t = T\left( {x;y} \right) = \frac{{\sqrt {225 + {x^2}} }}{{30}} + \frac{{\sqrt {225 + {y^2}} }}{{30}} + \frac{{100 - \left( {x + y} \right)}}{{50}}\).

Đến đây ta cần tìm \(\min T\left( {x;y} \right)\).

Ta có \(T\left( {x;y} \right) = \frac{{\sqrt {225 + {x^2}} }}{{30}} + \frac{{50 - x}}{{50}} + \frac{{\sqrt {225 + {y^2}} }}{{30}} + \frac{{50 - y}}{{50}} = f\left( x \right) + f\left( y \right)\).

Xét hàm số \(f\left( u \right) = \frac{{\sqrt {225 + {u^2}} }}{{30}} + \frac{{50 - u}}{{50}},\,\,0 < u < 100\).

Ta có \[f'\left( u \right) = \frac{u}{{30\sqrt {225 + {u^2}} }} - \frac{1}{{50}},f'\left( u \right) = 0 \Leftrightarrow \sqrt {225 + {u^2}}  = \frac{{5u}}{3} > 0 \Leftrightarrow u = \frac{{45}}{4}\].

Lập bảng biến thiên ta có \(\mathop {\min }\limits_{u \in \left( {0;100} \right)} f\left( u \right) = f\left( {\frac{{45}}{4}} \right) = \frac{7}{5}\).

Do đó ta có \(T\left( {x;y} \right) = f\left( x \right) + f\left( y \right) \ge \frac{7}{5} + \frac{7}{5} = \frac{{14}}{5}\)(giờ) \( = 168\) (phút).

Dấu “=” xảy ra khi \(x = y = \frac{{45}}{4}\).

Đáp án: \(168\).