Kitsas riigieksam 2017, ülesanne 6: Kuupfunktsiooni monotoonsus, miinimum ja puutuja tõus
On antud funktsioon f(x)=x3−3x2.
1.Arvutage funktsiooni f(x) kasvamis- ja kahanemisvahemikud ning miinimumpunkti koordinaadid.
2.Leidke funktsiooni f(x) graafikule kohal x0=3 tõmmatud puutuja tõus.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2017, ülesanne 6
Funktsiooni graafik
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
−1123−6−4−22460xy
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 2.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Funktsioon kasvab seal, kus tuletis on positiivne, ja kahaneb seal, kus tuletis on negatiivne. Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia tuletis
Esimeses küsimuses on vaja kasvamis- ja kahanemisvahemikke. Need saame tuletise märgist, seega leiame kõigepealt tuletise.
Võtame tuletise liikmete kaupa.
f′(x)=3x2−3⋅2x=3x2−6x
Valemilehelt (xn)′=nxn−1: (x3)′=3x2 ja (x2)′=2x. Konstantne kordaja jääb alles: (3x2)′=3⋅2x=6x.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia tuletise nullkohad
Võrdsustame tuletise nulliga.
3x2−6x=0
Toome ühise teguri 3x sulgude ette.
3x(x−2)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null: 3x=0 või x−2=0.
x1=0,x2=2
Vabaliikmeta ruutvõrrandit on kõige lihtsam lahendada tegurdades. Nullkohad jagavad arvtelje kolmeks vahemikuks, kus tuletise märk ei muutu.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Leia kasvamis- ja kahanemisvahemikud
Funktsioon kasvab, kui f′(x)>0, ja kahaneb, kui f′(x)<0. Tuletise graafik on üles avanev parabool (3>0), mis on negatiivne nullkohtade vahel ja positiivne mujal.
Tuletis on positiivne vasakul kohast 0 ja paremal kohast 2, seal funktsioon kasvab.
X1↑=(−∞;0),X2↑=(2;∞)
Tuletis on negatiivne kohtade 0 ja 2 vahel, seal funktsioon kahaneb.
X↓=(0;2)
Märki saab kontrollida proovipunktiga igast vahemikust: f′(−1)=3+6=9>0, f′(1)=3−6=−3<0 ja f′(3)=27−18=9>0.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Leia miinimumpunkt
Kohal x=2 muutub tuletise märk miinusest plussiks: funktsioon lõpetab kahanemise ja hakkab kasvama. Seega on x=2 miinimumkoht.
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x=2.
ymin=f(2)=23−3⋅22=8−12=−4
Kirjutame miinimumpunkti koordinaadid.
Emin(2;−4)
−1123−6−4−22460xyy=f(x)Emin(2;−4)Emax(0;0)
Kohal x=0 muutub tuletise märk plussist miinuseks, seal on maksimum f(0)=0. Maksimumpunkti ülesandes ei küsita.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Arvuta puutuja tõus
Teises küsimuses on vaja puutuja tõusu. Tuletise geomeetriline tähendus: puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis, k=f′(x0).
Tõus 9>0 tähendab, et kohal x=3 funktsioon kasvab, nagu ka kasvamisvahemikust (2;∞) selgub. Puutepunkt on (3;f(3))=(3;0) ja puutuja võrrand oleks y=9x−27, aga seda ei küsita.
VASTUS
1) Funktsioon kasvab vahemikes (−∞;0) ja (2;∞) ning kahaneb vahemikus (0;2); miinimumpunkt on Emin(2;−4). 2) Kohal x0=3 tõmmatud puutuja tõus on 9.