Bài 9.5 trang 86 Toán 11 tập 2 - Kết nối tri thức: Một kĩ sư thiết kế một đường ray tàu lượn...

Một kĩ sư thiết kế một đường ray tàu lượn, mà mặt cắt của nó gồm một cung đường cong có dạng parabol (H.9.6a), đoạn dốc lên ${L_1}$ và đoạn dốc xuống ${L_2}$ là những phần đường thẳng có hệ số góc lần lượt là 0,5 và –0,75. Để tàu lượn chạy êm và không bị đổi hướng đột ngột, ${L_1}$ và ${L_2}$ phải là những tiếp tuyến của cung parabol tại các điểm chuyển tiếp P và Q (H.9.6b). Giả sử gốc toạ độ đặt tại P và phương trình của parabol là $y = a{x^2} + bx + c,$ trong đó x tính bằng mét.

a) Tìm c.

b) Tính y'(0) và tìm b.

c) Giả sử khoảng cách theo phương ngang giữa P và Q là 40 m. Tìm a.

d) Tìm chênh lệch độ cao giữa hai điểm chuyển tiếp P và Q.

Hệ số góc của tiếp tuyến là $f’\left( {{x_0}} \right)$

a) Vì gốc toạ độ đặt tại P nên P(0;0) do đó ta có c = y(0) = 0

b) $y’ = 2ax + b \Rightarrow y’\left( 0 \right) = b$

Mà L₁ là phương trình tiếp tuyến tại P có hệ số góc 0,5 nên $y’\left( 0 \right) = 0,5 \Rightarrow b = 0,5$

c) L₂ là phương trình tiếp tuyến tại Q có hệ số góc – 0,75 nên $y’\left( {{x_Q}} \right) = 2a{x_Q} + 0,5 = - 0,75$

Vì khoảng cách theo phương ngang giữa P và Q là 40 m nên ${x_Q} - {x_P} = {x_Q} = 40$

$\Rightarrow 2a.40 + 0,5 = - 0,75 \Rightarrow a = \frac{{ - 1}}{{64}}$

d) ${y_Q} = \frac{{ - 1}}{{64}}{.40^2} + 0,5.40 = - 5$

Vậy chênh lệch độ cao giữa hai điểm chuyển tiếp P và Q là $\left| {{y_P} - {y_Q}} \right| = 5$