Kitsas riigieksam 2015, ülesanne 8: Parabool ja kuupfunktsiooni ekstreemumid
1.Arvutage funktsiooni f(x)=x2−2x−3 nullkohad ja graafiku haripunkti koordinaadidning konstrueerige funktsiooni graafik.
2.On antud funktsioon g(x)=1,5x2−0,5x3. Arvutage selle funktsiooni ekstreemumkohadja leidke kasvamisvahemik.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2015, ülesanne 8
Funktsiooni f(x) graafik
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
Valemikaart: parabooli haripunkt
y=ax2+bx+c
xh=−2ab=2x1+x2
yh=f(xh)
Valemikaart: põhiliste funktsioonide tuletised
c′=0,x′=1,(xn)′=nxn−1
(x1)′=−x21,(x)′=2x1
(ex)′=ex,(ax)′=axlna
(lnx)′=x1,(logax)′=xlna1
(sinx)′=cosx,(cosx)′=−sinx,(tanx)′=cos2x1
Valemikaart: tuletise leidmise reeglid
(u+v)′=u′+v′,(u−v)′=u′−v′,(c⋅u)′=c⋅u′
(u⋅v)′=u′⋅v+u⋅v′
(vu)′=v2u′⋅v−u⋅v′
(f(g(x)))′=f′(g(x))⋅g′(x)
u,v on funktsioonid,c on konstant
Tuletise märgiskeem
Täitub sammus 5.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Parabooli haripunkt on nullkohtade keskel. Ekstreemumkohad on tuletise nullkohad, kus tuletise märk muutub; funktsioon kasvab seal, kus tuletis on positiivne.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia nullkohad
Esimeses küsimuses on vaja nullkohti, kus funktsiooni väärtus on null. Lahendame ruutvõrrandi, kus a=1, b=−2 ja c=−3.
Võrdsustame funktsiooni nulliga.
x2−2x−3=0
Kirjutame ruutvõrrandi lahendivalemi.
x1;2=2a−b±b2−4ac
Asendame kordajad ja arvutame diskriminandi.
x1;2=22±4+12=22±16=22±4
Arvutame mõlemad lahendid.
x1=22−4=−1,x2=22+4=3
110xyx1=−1x2=3
Diskriminant on b2−4ac=(−2)2−4⋅1⋅(−3)=4+12=16. Kontrolliks Viète'i teoreem: −1+3=2 ja −1⋅3=−3.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia haripunkt
Parabool on sümmeetriline, seega on haripunkti esimene koordinaat nullkohtade keskel.
Kirjutame haripunkti esimese koordinaadi valemi.
xh=−2ab
Asendame a=1 ja b=−2.
xh=−2⋅1−2=1
Teise koordinaadi saame funktsiooni väärtusest.
yh=f(1)=12−2⋅1−3=1−2−3=−4
Kirjutame haripunkti koordinaadid.
H(1;−4)
110xyx1=−1x2=3H(1;−4)
Sama tulemuse annab nullkohtade keskpunkt: xh=2−1+3=1. Kuna a=1>0, avaneb parabool üles ja haripunkt on graafiku madalaim punkt.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Konstrueeri graafik
Graafiku joonestamiseks teeme väärtuste tabeli. Võtame haripunkti xh=1 mõlemalt poolt kolm täisarvu, siis on tabelis ka nullkohad.
Arvutame näiteks f(−2)=4+4−3=5 ja f(0)=−3. Ülejäänud väärtused saame samamoodi.
xy−25−100−31−42−33045
Kanname punktid teljestikku ja ühendame need sujuva kõveraga.
y=x2−2x−3
110xyy=x2−2x−3x1=−1x2=3H(1;−4)(−2;5)(0;−3)
Parabool on sümmeetriline sirge x=1 suhtes, seepärast on tabelis väärtused haripunktist mõlemale poole samad: f(0)=f(2)=−3 ja f(−2)=f(4)=5. Graafik lõikab y-telge punktis (0;−3).
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia tuletis
Teises küsimuses on vaja ekstreemumkohti ja kasvamisvahemikku. Mõlemad saame tuletise abil, seega leiame kõigepealt funktsiooni g tuletise.
Võtame tuletise liikmete kaupa. Konstantne kordaja jääb alles.
g′(x)=1,5⋅2x−0,5⋅3x2=3x−1,5x2
Valemilehelt (xn)′=nxn−1: (x2)′=2x ja (x3)′=3x2. Seega (1,5x2)′=3x ja (0,5x3)′=1,5x2.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia tuletise nullkohad
Ekstreemumkohad on tuletise nullkohtade hulgas. Võrdsustame tuletise nulliga.
Võrdsustame tuletise nulliga.
3x−1,5x2=0
Toome ühise teguri 1,5x sulgude ette.
1,5x(2−x)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null: 1,5x=0 või 2−x=0.
x1=0,x2=2
Kontroll: 1,5x⋅2=3x ja 1,5x⋅(−x)=−1,5x2. Nullkohad jagavad arvtelje kolmeks vahemikuks, kus tuletise märk ei muutu.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Määra ekstreemumite liik
Tuletise graafik on alla avanev parabool (kordaja −1,5<0), seega on tuletis nullkohtade vahel positiivne ja mujal negatiivne. Kontrollime märki proovipunktidega.
Kohal x=0 muutub tuletise märk miinusest plussiks: funktsioon lõpetab kahanemise ja hakkab kasvama.
xmin=0
Kohal x=2 muutub tuletise märk plussist miinuseks: funktsioon lõpetab kasvamise ja hakkab kahanema.
xmax=2
Funktsiooni väärtused nendes kohtades on g(0)=0 ja g(2)=1,5⋅4−0,5⋅8=6−4=2. Seega on miinimumpunkt (0;0) ja maksimumpunkt (2;2); ülesanne küsib ainult kohti.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Leia kasvamisvahemik
Funktsioon kasvab seal, kus tuletis on positiivne.
Tuletis on positiivne nullkohtade 0 ja 2 vahel.
X↑=(0;2)
Vahemikes (−∞;0) ja (2;∞) on tuletis negatiivne, seal funktsioon kahaneb.
VASTUS
1) Funktsiooni f(x) nullkohad on x1=−1 ja x2=3, graafiku haripunkt on H(1;−4) ja graafik on joonisel. 2) Funktsiooni g(x) ekstreemumkohad on x=0 (miinimumkoht) ja x=2 (maksimumkoht) ning funktsioon kasvab vahemikus (0;2).