(0,5 điểm) Một người đào ao cá trên thửa ruộng dạng hình tam giác vuông \[ABC\] tại \[A\] có độ dài các cạnh góc vuông \[AB = 6{\rm{ m,}}\] \[AC = 8{\rm{ m}}{\rm{.}}\] Một chiếc máy xúc ở vị trí điểm \[M\] di chuyển trên bờ \[BC.\] Gọi \[MD\] và \[ME\] là khoảng cách từ \[M\] đến bờ \[AB,AC.\] Người đó đào được ao là tứ giác \[ADME\]. Tính diện tích lớn nhất của ao cá mà người đó có thể đào.

Hướng dẫn giải

Đặt \[AD = x\,\,\left( {x > 0} \right)\].

Ta có tứ giác \[ADME\] có \[\widehat {ADE} = \widehat {DAE} = \widehat {AEM} = 90^\circ \] nên \[ADME\] là hình chữ nhật.

Do đó, \[EM = AD = x{\rm{\;(m)}}{\rm{.}}\]

Ta có \(EM\,{\rm{//}}\,AB\) (cùng vuông góc với \(AC)\) nên theo hệ quả định lí Thalès, ta có:

\[\frac{{EM}}{{AB}} = \frac{{CE}}{{CA}}\] hay \[\frac{x}{6} = \frac{{CE}}{8}\] suy ra \[CE = \frac{4}{3}x\].

Ta có \[AE = AC - EC = 8 - \frac{4}{3}x\].

Diện tích hình chữ nhật \[ADME\] là:

\[{S_{ADME}} = AD.AE = x\left( {8 - \frac{4}{3}x} \right)\]\[ = - \frac{4}{3}{x^2} + 8x = - \frac{4}{3}\left( {{x^2} - 6x} \right)\]

 \[ = - \frac{4}{3}\left( {{x^2} - 6x + 9} \right) + 12\]\[ = - \frac{4}{3}{\left( {x - 3} \right)^2} + 12\].

Vì \[{\left( {x - 3} \right)^2} \ge 0\] với mọi \(x \in \mathbb{R}\) nên \[ - \frac{4}{3}{\left( {x - 3} \right)^2} \le 0\] với mọi \(x \in \mathbb{R}\).

Do đó \[ - \frac{4}{3}{\left( {x - 3} \right)^2} + 12 \le 12\] với mọi \(x \in \mathbb{R}\).

Dấu “=” xảy ra khi \[x - 3 = 0\] hay \[x = 3.\]

Khi đó \[D\] là trung điểm của \[AB\].

Lúc này, xét \(\Delta ABC\) có \(D\) là trung điểm của \(AB\) và \(DM\,{\rm{//}}\,AC\) (cùng vuông góc với \(AB)\) nên \(DM\) là đường trung bình của tam giác \(ABC,\) suy ra \[M\] là trung điểm của \[BC\].

Như vậy, diện tích lớn nhất của hình chữ nhật \[ADME\] bằng \[{\rm{12 }}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}\] khi \[M\] là trung điểm của \[BC\].

Vậy diện tích ao cá lớn nhất mà người đó có thể đào là \[{\rm{12 }}{{\rm{m}}^{\rm{2}}}\].