Cho hình hộp chữ nhật ABCD.A'B'C'D có tổng diện tích của tất cả các mặt là 36, độ dài đường chéo AC' bằng 6. Hỏi thể tích của khối hộp lớn nhất là bao nhiêu?

* Hướng dẫn giải

Gọi độ dài AB = a, BC = b, AA' = c.

Khi đó theo đề ta có \(\left\{ \begin{array}{l} ab + bc + ca = 18\\ {a^2} + {b^2} + {c^2} = 36 \end{array} \right.\)

Suy ra \({\left( {a + b + c} \right)^2} = {a^2} + {b^2} + {c^2} + 2\left( {ab + bc + ca} \right) = 72.\)

Hay \(a + b + c = 6\sqrt 2 \Leftrightarrow b + c = 6\sqrt 2 - a.\)

Ta có: \({b^2} + {c^2} + {a^2} = 36 \Leftrightarrow {\left( {b + c} \right)^2} - 2bc + {a^2} = 36\)

Hay \({\left( {6\sqrt 2 - a} \right)^2} - 2bc + {a^2} = 36 \Rightarrow bc = \frac{{{{\left( {6\sqrt 2 - a} \right)}^2} + {a^2} - 36}}{2}\).

Từ đó ta có \(V = abc = a.\frac{{{{\left( {6\sqrt 2 - a} \right)}^2} + {a^2} - 36}}{2} = \frac{{2{a^3} - 12\sqrt 2 {a^2} + 36a}}{2}\)

Không mất tổng quát, giả sử \(a = \max \left\{ {a,b,c} \right\}\), khi đó \(6\sqrt 2 = a + b + c \le 3a \Rightarrow a \ge 2\sqrt 2 \).

Lại có \(36 = {a^2} + {b^2} + {c^2} \ge {a^2} + \frac{{{{\left( {b + c} \right)}^2}}}{2} = {a^2} + \frac{{{{\left( {6\sqrt 2 - a} \right)}^2}}}{2} \Rightarrow 3{a^2} - 12\sqrt 2 a \le 0 \Rightarrow a \le 4\sqrt 2 \).

Xét hàm số \(f\left( a \right) = \frac{{2{a^3} - 12\sqrt 2 {a^2} + 36a}}{2}\) với \(a \in [2\sqrt 2 ;4\sqrt 2 {\rm{]}}\).

Ta có \(f'\left( a \right) = \frac{{6{a^2} - 24\sqrt 2 a + 36}}{2},f'\left( a \right) = 0 \Leftrightarrow \left[ \begin{array}{l} a = \sqrt 2 \left( L \right)\\ a = 3\sqrt 2 \left( N \right) \end{array} \right.\).

Ta có \(\left\{ \begin{array}{l} f\left( {2\sqrt 2 } \right) = 4\sqrt 2 \\ f\left( {3\sqrt 2 } \right) = 0\\ f\left( {4\sqrt 2 } \right) = 8\sqrt 2 \end{array} \right.\)

Vậy \({V_{\max }} = 8\sqrt 2 \) khi \(a = 4\sqrt 2 ,b = c = \sqrt 2 .\)