Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: GTLN/GTNN và tối ưu (Toán học Lớp 12)

Một hộ gia đình muốn xây dựng một bể chứa nước có dạng hình hộp chữ nhật không nắp, thể tích $V=12{\text{ m}}^3$. Đáy bể là hình chữ nhật có chiều dài gấp đôi chiều rộng. Giá thuê nhân công và vật liệu xây đáy là $500$ nghìn đồng/${\text{m}}^2$, xây thành bể là $300$ nghìn đồng/${\text{m}}^2$. Gọi $x$ là chiều rộng của đáy bể, $h$ là chiều cao của bể ($x>0,h>0$, đơn vị: $\text{m}$).

Mô hình EOQ (Economic Order Quantity) được công bố năm 1913 là một công cụ quản trị vận hành dùng để xác định lượng hàng nhập kho tối ưu. Giả sử một cửa hàng thức ăn cho mèo có nhu cầu tiêu thụ hàng hóa đều đặn với tốc độ bán hàng $d=100$ hộp/ngày. Các thông số chi phí được xác định như sau:
- $K=\mathrm{1.000.000}$ đồng: chi phí cố định cho mỗi lần đặt hàng (phí vận chuyển, nhân công...);
- $c$ đồng/hộp: giá nhập mỗi hộp hàng (giả định không đổi và không có chiết khấu);
- $h=500$ đồng/hộp/ngày: đơn giá lưu kho (chi phí lưu giữ một hộp hàng trong kho trong một ngày).
Gọi $Q$ (hộp) là số lượng hàng mà người bán nhập vào trong mỗi lần đặt hàng. Thời gian tiêu thụ hết lượng hàng là $\frac{Q}{d}$ (ngày). Tổng chi phí cho một chu kỳ đặt hàng và tiêu thụ hết hàng là $f=K+cQ+\frac{h{Q}^2}{2d}$.
Hỏi cửa hàng nên nhập bao nhiêu hộp trong mỗi lần đặt hàng để chi phí trung bình mỗi ngày là nhỏ nhất *(không làm tròn các bước trung gian, chỉ làm tròn kết quả cuối cùng tới hàng đơn vị)*?

Một doanh nghiệp sản xuất và tiêu thụ một loại sản phẩm. Trong một ngày, nếu doanh nghiệp sản xuất và tiêu thụ $x$ sản phẩm ($x\in \mathbb{N},1\le x\le 190$) thì chi phí trung bình cho mỗi sản phẩm là $\overline{C}(x)=2x^2-35x+140+\frac{200}{x}$ (USD/sản phẩm) và toàn bộ chúng được bán với giá $(1400-6,5x)$ (USD) một sản phẩm. Giả sử toàn bộ $x$ sản phẩm sản xuất ra đều được tiêu thụ hết.

Một công ty muốn làm một đường ống dẫn dầu từ một kho $A$ ở trên bờ biển đến một vị trí $B$ trên một hòn đảo. Hòn đảo cách bờ biển một khoảng $BC=6\text{ km}$. Khoảng cách từ $A$ đến $C$ là $12\text{ km}$. Người ta cần xác định một vị trí $D$ trên $AC$ để lắp ống dẫn theo đường gấp khúc $ADB$. Tính khoảng cách $AD$ để chi phí lắp ống là thấp nhất *(làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)*, biết rằng giá để lắp đặt mỗi $\text{km}$ đường ống trên bờ là $100$ triệu đồng và dưới nước là $250$ triệu đồng.
[IMAGE_1]

Một bể chứa dầu được thiết kế với hai đầu là hai nửa hình cầu có bán kính $r\text{ (m)}$ và phần thân ở giữa là một hình trụ có bán kính đáy $r\text{ (m)}$ và chiều cao $h\text{ (m)}$ (tham khảo hình vẽ dưới đây). Toàn bộ bể chứa được yêu cầu có thể tích là $9\pi {\text{ (m}}^3\text{)}$ và để đảm bảo tính ổn định trong quá trình vận chuyển, chiều cao $h$ của phần hình trụ phải thỏa mãn điều kiện $h\ge 2\text{ (m)}$. Chi phí để làm bể phụ thuộc vào diện tích $S$ của toàn bộ bề mặt ngoài của bể (bao gồm mặt xung quanh của phần hình trụ và bề mặt của hai nửa hình cầu). Tìm giá trị nhỏ nhất của $S$ (đơn vị ${\text{m}}^2$ và làm tròn kết quả đến hàng phần chục).
[IMAGE_1]

Một doanh nghiệp sản xuất và tiêu thụ một loại sản phẩm. Trong một ngày, nếu doanh nghiệp sản xuất và tiêu thụ $x$ sản phẩm ($x\in \mathbb{N},1\le x\le 186$) thì chi phí trung bình cho mỗi sản phẩm là $\overline{C}(x)=x^2-6x+140+\frac{750}{x}$ (USD/sản phẩm) và toàn bộ chúng được bán với giá $(1400-7,5x)$ (USD) một sản phẩm. Giả sử toàn bộ $x$ sản phẩm sản xuất ra đều được tiêu thụ hết.

Một ngọn hải đăng đặt tại vị trí $A$ cách bờ biển một khoảng $AB=5\text{ km}$. Trên bờ biển có một cái kho ở vị trí $C$ cách $B$ một khoảng bằng $7\text{ km}$. Người canh hải đăng có thể chèo thuyền từ $A$ đến điểm $M$ trên bờ biển với vận tốc $4\text{ km/h}$ rồi đi bộ thẳng đến $C$ với vận tốc $6\text{ km/h}$. Xác định khoảng cách từ điểm $M$ đến điểm $B$ để người đó đến kho nhanh nhất *(làm tròn kết quả đến hàng phần trăm)*.
[IMAGE_1]

Một bể chứa dầu được thiết kế với hai đầu là hai nửa hình cầu có bán kính $r\text{ (m)}$ và phần thân ở giữa là một hình trụ có bán kính đáy $r\text{ (m)}$ và chiều cao $h\text{ (m)}$ (tham khảo hình vẽ dưới đây). Toàn bộ bể chứa được yêu cầu có thể tích là $9\pi {\text{ (m}}^3\text{)}$ và để đảm bảo tính ổn định trong quá trình vận chuyển, chiều cao $h$ của phần hình trụ phải thỏa mãn điều kiện $h\ge 2\text{ (m)}$. Chi phí để làm bể phụ thuộc vào diện tích toàn bộ bề mặt ngoài của bể (bao gồm mặt xung quanh của phần hình trụ và bề mặt của hai nửa hình cầu). Hãy xác định bán kính $r\text{ (m)}$ để chi phí làm bể là nhỏ nhất (viết kết quả ở dạng số thập phân).
[IMAGE_1]

Công ty vận tải biển X cần tính toán tốc độ di chuyển tối ưu cho một tàu hàng chạy trên tuyến đường biển dài $S\text{ (km)}$ để tiết kiệm nhiên liệu nhất. Theo thông số kỹ thuật, tổng lượng nhiên liệu tiêu hao của tàu bao gồm hai phần:
+ Phần tiêu hao cho hệ thống điện và sinh hoạt cố định theo thời gian: Tiêu thụ đều đặn $650$ lít/giờ.
+ Phần tiêu hao cho động cơ đẩy (chi phí vận hành theo quãng đường): Do lực cản của nước, lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trên mỗi km tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc của tàu. Cụ thể, hàm tiêu thụ là $0,05v^2$ lít/km (với $v$ là vận tốc của tàu, tính bằng km/h, $v>0$).
Thuyền trưởng cần điều khiển tàu chạy với vận tốc $v$ bằng bao nhiêu km/h để tổng lượng nhiên liệu tiêu hao trên toàn bộ chuyến đi là thấp nhất? (kết quả làm tròn đến hàng phần mười)

Câu 2. Một cửa hàng bán đồ thủ công với giá bán một sản phẩm là $40000$ đồng/sản phẩm. Giá nhập vào của sản phẩm đó là $15000$ đồng/sản phẩm. Với giá này cửa hàng ước chừng bán được $120$ sản phẩm/ngày. Cửa hàng dự định giảm giá bán, ước tính cứ giảm $1000$ đồng/sản phẩm thì số sản phẩm bán được sẽ tăng thêm là $15$ sản phẩm.

Câu 4. Ông Khoa muốn xây một bể cá chứa nước dạng khối hộp chữ nhật không nắp có thể tích $288{\text{ m}}^3$. Đáy bể là hình chữ nhật có chiều dài gấp đôi chiều rộng, giá thuê công nhân xây bể là $400.000{\text{ đoˆˋng/m}}^2$. Nếu ông Khoa biết xác định các kích thước một cách hợp lí thì chi phí thuê nhân công sẽ thấp nhất. Hỏi ông Khoa trả chi phí thấp nhất để xây dựng bể cá đó là bao nhiêu? (Đơn vị tính triệu đồng)

Một doanh nghiệp dự định sản xuất không quá $500$ sản phẩm. Nếu doanh nghiệp sản xuất $x$ sản phẩm $(x\in \mathbb{Z},1\le x\le 100)$ thì doanh thu nhận được khi bán hết số sản phẩm đó là $R(x)=x^3-396x^2+80000\ln x+38800x+500$ (nghìn đồng). Trong khi chi phí sản xuất bình quân cho một sản phẩm là $G(x)=x+400+\frac{2500}{x}$ (nghìn đồng). Giả sử sản phẩm làm ra luôn được bán hết, lợi nhuận lớn nhất khi doanh nghiệp sản xuất bao nhiêu sản phẩm?

Một nhóm phát triển phần mềm độc lập cung cấp một ứng dụng Trí tuệ nhân tạo hỗ trợ quản lý công việc và học tập cá nhân. Mỗi người dùng đăng ký bản quyền sử dụng sẽ phải trả mức phí cố định là $2$ triệu đồng/năm. Tổng chi phí duy trì hệ thống lưu trữ đám mây và cập nhật phần mềm trong một năm phụ thuộc vào số lượng người dùng $x$ ($x\in {\mathbb{N}}^{\ast }$) đang sử dụng và được mô hình hóa bởi hàm số $C(x)=10\ln (x)+50$ (triệu đồng). Để nhóm phát triển đạt mức lợi nhuận tối thiểu là $200$ triệu đồng trong một năm, họ cần thu hút được ít nhất bao nhiêu người dùng đăng ký phần mềm đó?

Một cửa hàng kinh doanh máy lọc nước Karofi. Hàm cầu biểu thị liên hệ giữa giá bán của một chiếc máy với số lượng máy bán được trong một tháng là hàm bậc nhất. Khi giá bán là 5 triệu đồng một chiếc thì một tháng bán được 100 chiếc, khi giá bán là 4,5 triệu đồng một chiếc thì một tháng bán được 120 chiếc. Biết chi phí trung bình cho một chiếc máy khi bán được $x$ chiếc là $\frac{3x+50}{x}$. Hỏi cửa hàng cần bán với giá bao nhiêu triệu đồng một chiếc máy để lợi nhuận thu được trong một tháng lớn nhất?

Một hòn đảo A cách bờ biển $3\text{ km}$ và cách trạm điện B $5\text{ km}$. Công ty điện lực dự định làm một tuyến đường điện từ trạm điện B dọc theo bờ biển đến một điểm C, sau đó từ C nối thẳng ra đảo A (tham khảo hình vẽ). Biết chi phí cho $1\text{ km}$ đường điện trên bờ là 30 triệu đồng và trên biển là 50 triệu đồng. Hỏi cần ít nhất bao nhiêu triệu đồng để hoàn thành kế hoạch trên?

Câu 2: Vào mùa du lịch hè tại Khánh Hòa, một cơ sở sản xuất “nước ép xoài đóng chai” cung cấp cho các quầy giải khát ở khu vực biển. Theo kế hoạch sản xuất, nếu trong một tháng cơ sở sản xuất và bán hết $x$ chai nước ép ($x\in {\mathbb{N}}^{\ast },1\le x\le 5000$) thì doanh thu thu được (tính bằng nghìn đồng) được ước tính bởi hàm $F(x)=-0,02x^2+320x$. Do chi phí nguyên liệu, đóng chai, bảo quản và vận chuyển thay đổi theo quy mô sản xuất nên chi phí sản xuất trung bình cho mỗi chai (tính bằng nghìn đồng) được cho bởi $G(x)=\frac{24000}{x}+180$.
Giả sử toàn bộ sản phẩm sản xuất ra đều được tiêu thụ hết trong tháng. Hỏi trong một tháng, cơ sở phải sản xuất ít nhất bao nhiêu chai nước ép để lợi nhuận thu được không ít hơn 120 triệu đồng?

Một doanh nghiệp sản xuất độc quyền một loại sản phẩm. Giả sử khi sản xuất và bán hết $x$ sản phẩm ($0<x<3000$), tổng số tiền doanh nghiệp thu được là $F(x)=3000x-x^2$ (nghìn đồng) và tổng chi phí doanh nghiệp bỏ ra là $G(x)=x^2+1440x+50$ (nghìn đồng). Công ty cũng phải chịu mức thuế phụ thu cho 1 đơn vị sản phẩm bán được là $t$ (nghìn đồng) ($0<t<1000$). Hỏi mức thuế phụ thu $t$ (trên 1 đơn vị sản phẩm) là bao nhiêu nghìn đồng sao cho nhà nước thu được số tiền thuế phụ thu lớn nhất và doanh nghiệp cũng thu được lợi nhuận nhiều nhất theo đúng mức thuế phụ thu đó?

Một công ty công nghệ GigaCloud chuẩn bị ra mắt dịch vụ lưu trữ đám mây cao cấp dành riêng cho các doanh nghiệp lớn. Qua phân tích dữ liệu lớn (Big Data), các chuyên gia kinh tế của công ty xác lập được mô hình cầu như sau: Nếu định giá gói cước hàng tháng là $x$ (triệu đồng) thì số lượng doanh nghiệp đăng ký sử dụng $S$ (nghìn doanh nghiệp) sẽ là $S(x)=\sqrt{45-x}$ (Với điều kiện mức giá $x$ phải nhỏ hơn $45$ triệu đồng). Chi phí vận hành hệ thống của GigaCloud bao gồm hai khoản: Chi phí cố định là $10$ tỷ đồng mỗi tháng (cho cơ sở hạ tầng, nhân sự cốt lõi) và chi phí vận hành. Do đặc thù bảo mật dữ liệu, khi số lượng khách hàng tăng lên thì chi phí băng thông và bảo trì tăng theo cấp số nhân. Cụ thể, chi phí này tỷ lệ thuận với bình phương số lượng khách hàng $C_v=3S^2$ (tỷ đồng). Hãy xác định mức giá cước $x$ mà GigaCloud cần niêm yết để đạt lợi nhuận ròng hàng tháng cao nhất?

Kính viễn vọng không gian Hubble được đưa vào vũ trụ ngày 24/4/1990 bằng tàu con thoi Discovery. Vận tốc của tàu con thoi trong sứ mệnh này, từ lúc cất cánh tại thời điểm $t=0$ giây cho đến khi tên lửa đẩy được phóng đi tại thời điểm $t=126$ giây, cho bởi hàm số sau:
$v(t)=0,001302t^3-0,09029t^2+23$ ($v$ được tính bằng $\text{ft/s}$, $1\text{ feet}=0,3048\text{ m}$)
*(Theo: J. Stewart, Calculus, Seventh Edition, Brooks/Cole, CENGAGE Learning 2012)*
Trong khoảng thời gian đó, tìm thời điểm mà vận tốc của tàu con thoi nhỏ nhất *(kết quả làm tròn đến hàng đơn vị)*.

Một nhà máy sản xuất xe đạp cho thị trường Việt Nam theo đơn giá $3$ triệu đồng/chiếc. Chi phí mỗi ngày của nhà máy được cho bởi hàm số $C(x)=0,5x^3-75x^2+4350x+60000$ (nghìn đồng), trong đó $x$ là số lượng xe đạp sản xuất được trong ngày hôm đó. Mỗi ngày nhà máy có thể sản xuất tối đa $130$ xe đạp. Giả sử số xe đạp sản xuất được trong mỗi ngày đều được bán hết vào cuối ngày đó. Hỏi số lượng xe mỗi ngày cần sản xuất là bao nhiêu để nhà máy có lợi nhuận lớn nhất?