Trong không gian với hệ trục tọa độ , một tấm bảng đồng chất có dạng hình vuông tâm được treo nghiêng bởi 4 sợi dây gắn cố định tại điểm như hình vẽ. Biết điểm , , điểm với và góc đạt giá trị lớn nhất. Gọi lần lượt là lực căng của dây , biết và .

Tính khối lượng của tấm bảng (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị) (cho gia tốc trọng trường và trọng lượng của tấm bảng được tính bằng công thức ).
Trong không gian với hệ trục tọa độ , một tấm bảng đồng chất có dạng hình vuông tâm được treo nghiêng bởi 4 sợi dây gắn cố định tại điểm như hình vẽ. Biết điểm , , điểm với và góc đạt giá trị lớn nhất. Gọi lần lượt là lực căng của dây , biết và .

Tính khối lượng của tấm bảng (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị) (cho gia tốc trọng trường và trọng lượng của tấm bảng được tính bằng công thức ).

Tính khối lượng của tấm bảng (làm tròn kết quả đến hàng đơn vị) (cho gia tốc trọng trường và trọng lượng của tấm bảng được tính bằng công thức ).
Đáp án chính thức: 15
Hướng dẫn giải chi tiết
(AI giải đề cho tôi)
Xác định D: vì ABCD hình vuông tâm O'(0;0;5) nên O'D ⊥ O'A và |O'D| = |O'A| = 2. Với D(a;b;c) ta có a = b và 2a² + (c−5)² = 4. Đặt t = c − 5 ∈ (0;2]. Góc ∠OID có đỉnh I: cos∠OID = (9−c)/√(a²+b²+(c−9)²) = (4−t)/√(20−8t). Đạo hàm theo t bằng 4(t−1)/(20−8t)^{3/2}, nên cos nhỏ nhất (góc lớn nhất) tại t = 1, tức c = 6, a = b = √(3/2). Khi đó B = −D = (−√(3/2);−√(3/2);4), C = (√2;−√2;5) (kiểm tra: AB ⊥ BC, |AB| = |BC| = 2√2).
Các vectơ đơn phương hướng dây (hướng từ A,B,C,D về I):
- IA: (√2;−√2;4)/(2√5), IB: (√(3/2);√(3/2);5)/(2√7), IC: (−√2;√2;4)/(2√5), ID: (−√(3/2);−√(3/2);3)/(2√3).
Cân bằng của tấm bảng: tổng 4 lực căng + trọng lượng (0;0;−mg) = 0.
Thành phần ngang: so sánh cặp A–C cho F4 = F2 = 40 N; cặp B–D cho F3/(2√3) = F1/(2√7) ⇒ F3 = 50√(3/7) N.
Thành phần thẳng đứng:
mg = 50·5/(2√7) + 40·4/(2√5) + 50√(3/7)·3/(2√3) + 40·4/(2√5) = 125/√7 + 75/√7 + 16√5 + 16√5 = 200/√7 + 32√5 ≈ 147,15 N.
Vậy m = 147,15/9,8 ≈ 15,01 ≈ 15 kg, khớp với đáp án 15.
Xác định D: vì ABCD hình vuông tâm O'(0;0;5) nên O'D ⊥ O'A và |O'D| = |O'A| = 2. Với D(a;b;c) ta có a = b và 2a² + (c−5)² = 4. Đặt t = c − 5 ∈ (0;2]. Góc ∠OID có đỉnh I: cos∠OID = (9−c)/√(a²+b²+(c−9)²) = (4−t)/√(20−8t). Đạo hàm theo t bằng 4(t−1)/(20−8t)^{3/2}, nên cos nhỏ nhất (góc lớn nhất) tại t = 1, tức c = 6, a = b = √(3/2). Khi đó B = −D = (−√(3/2);−√(3/2);4), C = (√2;−√2;5) (kiểm tra: AB ⊥ BC, |AB| = |BC| = 2√2).
Các vectơ đơn phương hướng dây (hướng từ A,B,C,D về I):
- IA: (√2;−√2;4)/(2√5), IB: (√(3/2);√(3/2);5)/(2√7), IC: (−√2;√2;4)/(2√5), ID: (−√(3/2);−√(3/2);3)/(2√3).
Cân bằng của tấm bảng: tổng 4 lực căng + trọng lượng (0;0;−mg) = 0.
Thành phần ngang: so sánh cặp A–C cho F4 = F2 = 40 N; cặp B–D cho F3/(2√3) = F1/(2√7) ⇒ F3 = 50√(3/7) N.
Thành phần thẳng đứng:
mg = 50·5/(2√7) + 40·4/(2√5) + 50√(3/7)·3/(2√3) + 40·4/(2√5) = 125/√7 + 75/√7 + 16√5 + 16√5 = 200/√7 + 32√5 ≈ 147,15 N.
Vậy m = 147,15/9,8 ≈ 15,01 ≈ 15 kg, khớp với đáp án 15.