Giả sử con lắc chuyển động theo phương trình: s = s(1). Suy ra s' (t) = v(t), do đó s(t) là một nguyên hàm của v(t). Ta có: \[\int {v\left( t \right)dt} = \int {4cost{\rm{dt}}} = 4sint + C.\]

Suy ra s(t)=4sint+C.

Tại thời điểm t = 0, ta có s(0) = 0, tức là 4sin0 + C = 0, hay C = 0. Vậy phương trình chuyển động của con lắc là: s(t) = 4sint.

Câu 2/15

Một xe ô tô đang chạy với vận tốc 72 km/h thì người lái xe phát hiện chướng ngại vật trên đường cách đó 80 m. Người lái xe phản ứng một giây sau đó bằng cách đáp phanh khẩn cấp. Kể từ thời điểm này, ô tô chuyển động chậm dần đều với tố độ v(t) = -10t + 30 (m/s), trong đó t là thời gian tính bằng giây kể từ lúc đạp phan. Gọi S(t) là quãng đường xe ô tô đi được trong t giây kể từ lúc đạp phhan.

a) Lập công thức biểu diễm hàm số s(t)

b) Thời gian kể từ lúc đạp phanh đến khi xe dừng lại hẳn là bao nhiêu giây?

c) Quãng đường xe ô tô đã di chuển kể từ lúc người lái xe phát hiện chướng ngại vật trên đường đến khi xe dừng lại hẳn là bao nhiêu mét? Xeo ô tô có gặp tai nạn do va chạm với chướng ngại vật trên đường hay không?

Xem đáp án

Lời giải

a) Ta đã biết, công thức tính quãng đường s(t) xe ô tô đi được trong t (giây) là một nguyên hàm của hàm v(t). Do \[\int {\left( { - 10t + 30} \right)dt} {\rm{ }} = - 5{t^2} + 30t + C\]

nên ta có: \[s(t) = - 5{t^2} + 30t + C\] với C là hằng số. Do s(0) = 0 nên C = 0. Suy ra \[s(t) = - 5{t^2} + 30t\].

b) Xe ô tô dừng hẳn khi v(t) = 0, tức là – 10t + 30 = 0 hay t= 3.

Vậy thời gian kể từ lúc đạp phanh đến khi xe ô tô dừng hẳn là 3 giây.

c) Ta có: tốc độ 72 km/h cũng là tốc độ 20 m/s.

Do đó, quãng đường xe ô tô còn di chuyển được kể từ lúc đạp phanh đến khi xe dừng hẳn là:

s(3) = − 5 .32 + 30 . 3 = 45 (m).

Vậy quãng đường xe ô tô đã di chuyển kể từ lúc người lái xe phát hiện chướng ngại vật trên đường đến khi xe ô tô dừng hẳn là: 20 +45 = 65 (m).

Do 65 < 80 nên xe ô tô đã dừng hẳn trước khi va chạm với chướng ngại vật trên đường. Vì thế, tai nạn đã không xảy ra đối với xe ô tô đó.

Câu 3/15

Tại một lễ hội dân gian, tốc độ thay đổi lượng khách tham dự được biểu diễn bằng hàm số \({B^\prime }(t) = 20{t^3} - 300{t^2} + 1000t,\) trong đó \(t\) tính bằng giờ \((0 \le t \le 15),{B^\prime }(t)\) tính bằng khách/giờ.

(Nguồn: A. Bigalke et al., Mathematik, Grundkurs ma-I, Cornelsen 2016). Sau một giờ, 500 người đã có mặt tại lễ hội.

a) Viết công thức của hàm số \(B(t)\) biểu diễn số lượng khách tham dự lễ hội với \(0 \le t \le 15\).

b) Sau 3 giờ sẽ có bao nhiêu khách tham dự lễ hội?

c) Số lượng khách tham dự lễ hội lớn nhất là bao nhiêu?

d) Tại thời điểm nào thì tốc độ thay đổi lượng khách tham dự lễ hội là lớn nhất?

Xem đáp án

Lời giải

a) Hàm số \({\rm{B}}({\rm{t}})\) là một nguyên hàm của hàm số \(B(t)\).

Ta có \(\int {{B^\prime }} (t)dt = \int {\left( {20{t^3} - 300{t^2} + 1000t} \right)} dt\)\( = \int 2 0{t^3}dt - \int 3 00{t^2}dt + \int 1 000tdt.\)

Suy ra \(B(t) = 5{t^4} - 100{t^3} + 500{t^2} + C\).

Vì sau một giờ, 500 người đã có mặt tại lễ hội nên \(B(1) = 500\).

Do đó, \(5 \cdot {1^4} - 100 \cdot {1^3} + 500 \cdot {1^2} + C = 500\), suy ra \(C = 95\).

Vậy công thức của hàm số \({\rm{B}}({\rm{t}})\) biểu diễn số lượng khách tham dự lễ hội là

\(B(t) = 5{t^4} - 100{t^3} + 500{t^2} + 95(0 \le t \le 15).\)

b) Ta có \(B(3) = 5 \cdot {3^4} - 100 \cdot {3^3} + 500 \cdot {3^2} + 95 = 2300\).

Vậy sau 3 giờ có 2300 khách tham dự lễ hội.

c) Số lượng khách tham dự lễ hội lớn nhất chính là giá trị lớn nhất của hàm số \({\rm{B}}({\rm{t}})\) trên đoạn [0;15].

Ta có \({B^\prime }({\rm{t}}) = 20{{\rm{t}}^3} - 300{{\rm{t}}^2} + 1000{\rm{t}}\).

Trên khoảng \((0;15),{B^\prime }({\rm{t}}) = 0\) khi \(t = 5\) hoặc \({\rm{t}} = 10\).

\(B(0) = 95;B(5) = 3220;B(10) = 95;B(15) = 28220.{\rm{ }}\)

Do đó, \({\max _{[0;15]}}B(t) = 28220\) tại \(t = 15\).

Vậy số lượng khách tham dự lễ hội lớn nhất là 28220 khách sau 15 giờ.

d) Tốc độ thay đổi lượng khách tham dự lễ hội lớn nhất chính là giá trị lớn nhất của hàm số \({B^\prime }({\rm{t}})\) trên đoạn [0 ; 15].

Ta có \({B^{\prime \prime }}(t) = {\left( {20{t^3} - 300{t^2} + 1000t} \right)^\prime } = 60{t^2} - 600t + 1000\).

Trên khoảng \((0;15),{{\rm{B}}^{\prime \prime }}({\rm{t}}) = 0\) khi \(t = \frac{{15 - 5\sqrt 3 }}{3}\) hoặc \(t = \frac{{15 + 5\sqrt 3 }}{3}\).

\({{\rm{B}}^\prime }(0) = 0;B\left( {\frac{{15 - 5\sqrt 3 }}{3}} \right) \approx 962,25;B\left( {\frac{{15 + 5\sqrt 3 }}{3}} \right) \approx - 962,25;{\rm{B}}(15) = 15000.{\rm{ }}\)

Do đó, \({\max _{[0;15]}}{B^\prime }(t) = 15000\) tại \(t = 15\).

Câu 4/15

Đối vối các dự án xây dựng, chi phí nhân công lao động được tính theo số ngày công. Gọi \(m(t)\) là số lượng công nhân được sử dụng ở ngày thứ t (kể từ khi khởi công dự án). Gọi \(M(t)\) là số ngày công được tính đến hết ngày thứ \(t\) (kể từ khi khởi công dự án). Trong kinh tế xây dựng, người ta đã biết rằng \({M^\prime }(t) = m(t)\).

Một công trình xây dựng dự kiến hoàn thành trong 400 ngày. Số lượng công nhân được sử dụng cho bởi hàm số: \(m(t) = 800 - 2t,\) trong đó \(t\) tính theo ngày \((0 \le t \le 400),m(t)\) tính theo người (Nguồn: A. Bigalke et al., Mathematik, Grundkurs ma-1, Cornelsen 2016). Đơn giá cho một ngày công lao động là 400000 đồng. Tính chi phí nhân công lao động của công trình đó (cho đến lúc hoàn thành).

Xem đáp án

Lời giải

Hàm số \(M(t)\) là một nguyên hàm của hàm số \(m(t)\).

Ta có \(\int m (t)dt = \int {(800 - 2t)} dt = \int 8 00dt - \int 2 tdt = 800t - {t^2} + C\).

Suy ra \(M(t) = 800t - {t^2} + C\).

Tại \({\rm{t}} = 0\) thì \({\rm{M}}({\rm{t}}) = {\rm{M}}(0) = 0\).

Do đó \(800 \cdot 0 - {0^2} + C = 0\), suy ra \(C = 0\).

Khi đó, \(M({\rm{t}}) = 800{\rm{t}} - {{\rm{t}}^2}(0 \le {\rm{t}} \le 400)\).

Số ngày công tính đến khi hoàn thành dự án là

\(M(400) = 800 \cdot 400 - {400^2} = 160000\) (ngày công).

Chi phí nhân công lao động của công trình đó (cho đến lúc hoàn thành dự án) là

\(160000 \cdot 400000 = 6,4 \cdot {10^{10}}\) (đồng) \( = 64\) (tỷ đồng).

Câu 5/15

Một con lắc lò xo dao động điểu hoà theo phương ngang trên mặt phẳng không ma sát như Hình 1 , có vận tốc tức thời cho bởi \(v(t) = 4\cos t\), trong đó \(t\) tính bằng giây và \(v(t)\) tính bằng centimét/giây. Tại thời điểm \(t = 0\), con lắc đó ở vị trí cân bằng.

Phuơng trình chuyển động của con lắc đó đuợc xác định bằng cách nào?

Xem đáp án

Lời giải

Giả sử con lắc chuyển động theo phương trình: \(s = s(t)\). Suy ra \({s^\prime }(t) = v(t)\), do đó \(s(t)\) là một nguyên hàm của \(v(t)\).

Ta có: \(\int v (t){\rm{d}}t = \int 4 \cos t\;{\rm{d}}t = 4\int {\cos } t\;{\rm{d}}t = 4\sin t + C\)

Suy ra \(s(t) = 4\sin t + C\).

Tại thời điểm \(t = 0\), ta có \(s(0) = 0\), tức là \(4\sin 0 + C = 0\), hay \(C = 0\).

Vậy phương trình chuyển động của con lắc là: \(s(t) = 4\sin t\).

Câu 6/15

Cây cà chua khi trồng có chiều cao 5 cm. Tốc độ tăng chiều cao của cây cà chua sau khi trồng cho bởi hàm số: \[v(t) = - 0,1{t^3} + {t^2}\]. trong đó t tính theo tuần, v(t) tính bằng centimet/tuần. Gọi h(t) (tính bằng centimet/tuần. Gọi h(t) (tính bằng centimet) là độ cao của cây cà chua ở tuần thứ t.

a) Viết công thức xác định hàm số h(t) \[\left( {t \ge 0} \right)\]

b) Giai đoạn tăng trưởng của cây cà chua đó kéo dài bao lâu?

c) Chiều cao tối đa của cây cà chua đó là bao nhiêu?

d) Vào thời điểm cây cà chua đó phát triền nhanh nhất thì cây cà chua sẽ cao bao nhiêu?

Xem đáp án

Lời giải

a) Hàm số h(t) là một nguyên hàm của hàm số \(v({\rm{t}})\).

Ta có: \(\int v (t)dt = \int {\left( { - 0,1{t^3} + {t^2}} \right)} dt = - 0,1\int {{t^3}} dt + \int {{t^2}} dt = - 0,025{t^4} + \frac{{{t^3}}}{3} + C\)

Suy ra \(h(t) = - 0,025{t^4} + \frac{{{t^3}}}{3} + C\).

Vi cây cà chua khi trồng có chiều cao 5 cm nên \({\rm{h}}(0) = 5\), suy ra \({\rm{C}} = 5\).

Vậy công thức xác định hàm số h(t) là: \(h(t) = - 0,025{t^4} + \frac{{{t^3}}}{3} + 5(t \ge 0)\).

b) Xét hàm số \(h(t) = - 0,025{t^4} + \frac{{{t^3}}}{3} + 5(t \ge 0)\).

Ta có \(h(t) = v(t) = - 0,1{t^3} + {t^2};h(t) = 0\) khi \(t = 0\) hoặc \({\rm{t}} = 10\).

Bảng biến thiên của hàm số \(h(t)\) trên \([0; + \infty )\) như sau:

Cây cà chua khi trồng có chiều cao 5 cm. Tốc độ tăng chiều cao của cây cà chua sau khi trồng cho bởi hàm số (ảnh 1)

Từ bảng biến thiên ta thấy giai đoạn tăng trưởng của cây cà chua đó kéo dài 10 tuần.

c) Từ bảng biến thiên ở câu b, ta thấy chiều cao tối đa của cây cà chua đó là \(\frac{{265}}{3}\) cm .

d) Xét hàm tốc độ tăng chiều cao của cây cà chua: \(v(t) = - 0,1{t^3} + {t^2}(t \ge 0)\).

Ta có \({v^{\prime \prime }}({\rm{t}}) = - 0,3{{\rm{t}}^2} + 2{\rm{t}};{\rm{v}}\) (t) \( = 0\) khi \({\rm{t}} = 0\) hoặc \({\rm{t}} = \frac{{20}}{3}\).

Bảng biến thiên của hàm số \(v(t)\) trên \([0; + \infty )\) như sau: