Lai riigieksam 2015, ülesanne 8: Kuupfunktsiooni ekstreemumid ja puutuja
On antud funktsioon f(x)=23x2−21x3.
1.Arvutage selle funktsiooni ekstreemumkohad ja leidke kahanemisvahemikud.
2.Punkt A, mille abtsiss on x0=3, asub funktsiooni f(x) graafikul.Läbi punkti A on tõmmatud funktsiooni f(x) graafikule puutuja, mis lõikab funktsiooni f(x) graafikut punktis B.Koostage selle puutuja võrrand ja arvutage punkti B koordinaadid.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2015, ülesanne 8
Funktsiooni graafik
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
−2−11234−2−11230xy
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
Valemikaart: joone puutuja võrrand
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
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
Ekstreemumkohtades on tuletis null ja muudab märki. Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis; punkti B leidmiseks võrdsusta funktsioon ja puutuja.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia tuletis
Esimeses küsimuses on vaja ekstreemumkohti ja kahanemisvahemikke. Mõlemad leiame tuletise abil.
Võtame tuletise liikmete kaupa.
f′(x)=23⋅2x−21⋅3x2
Lihtsustame.
f′(x)=3x−23x2
Kasutame valemit (xn)′=nxn−1 ja reeglit, et konstantne kordaja jääb alles: (23x2)′=23⋅2x=3x ja (21x3)′=21⋅3x2=23x2.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia kriitilised punktid
Võrdsustame tuletise nulliga.
3x−23x2=0
Toome 23x sulgude ette.
23x(2−x)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x1=0,x2=2
Kontroll: 23x⋅2=3x ja 23x⋅(−x)=−23x2. Tuletise nullkohad jagavad arvtelje osadeks, kus tuletise märk ei muutu.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Määra ekstreemumkohad
Tuletis 3x−23x2 on ruutfunktsioon, mille ruutliikme kordaja on negatiivne. Selle graafik avaneb alla, seega tuletis on nullkohtade vahel positiivne ja väljaspool negatiivne.
Kohal x=0 muutub tuletise märk miinusest plussiks, seega see on miinimumkoht.
xmin=0,f(0)=23⋅02−21⋅03=0
Kohal x=2 muutub tuletise märk plussist miinuseks, seega see on maksimumkoht.
xmax=2,f(2)=23⋅4−21⋅8=6−4=2
−2−11234−2−11230xyy=f(x)min(0;0)max(2;2)
Kui tuletis muudab märki miinusest plussiks, läheb funktsioon kahanemiselt üle kasvamisele (miinimum). Kui plussist miinuseks, siis kasvamiselt kahanemisele (maksimum). Sama järelduse annab teine tuletis f′′(x)=3−3x: f′′(0)=3>0 ja f′′(2)=−3<0.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Leia kahanemisvahemikud
Funktsioon kahaneb seal, kus tuletis on negatiivne.
Kirjutame kahanemise tingimuse.
3x−23x2<0
Märgiskeemi järgi on tuletis negatiivne vasakul nullist ja paremal kahest.
X↓=(−∞;0)jaX↓=(2;∞)
−2−11234−2−11230xyy=f(x)min(0;0)max(2;2)
Vahemikus (0;2) on tuletis positiivne ja funktsioon kasvab. Kahanemisvahemikke on kaks ja need kirjutatakse eraldi, sest funktsioon kasvab nende vahel.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia punkt A ja puutuja tõus
Teises küsimuses on vaja puutujat punktis A, mille abtsiss on x0=3. Leiame punkti A ordinaadi ja puutuja tõusu.
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x0=3.
f(3)=23⋅9−21⋅27=13,5−13,5=0
Puutuja tõus on tuletise väärtus kohal x0=3.
f′(3)=3⋅3−23⋅9=9−13,5=−4,5
−2−11234−2−11230xyy=f(x)min(0;0)max(2;2)A(3;0)
Punkt A on A(3;0), seega funktsiooni graafik lõikab seal x-telge. Tuletise geomeetriline tähendus: f′(x0) on puutuja tõus.
Küsimus 2Samm 7: Leia puutuja ja graafiku lõikepunkt B
Punktis B on funktsiooni ja puutuja y-koordinaadid võrdsed.
Võrdsustame funktsiooni ja puutuja.
23x2−21x3=−4,5x+13,5
Korrutame mõlemaid pooli arvuga 2 ja viime kõik liikmed paremale poole.
x3−3x2−9x+27=0
Tegurdame rühmitamise teel.
x2(x−3)−9(x−3)=(x−3)(x2−9)=(x−3)2(x+3)
x=3 on punkt A (puutepunkt). Teine lahend annab punkti B.
x+3=0⇒xB=−3
Arvutame punkti B ordinaadi puutuja võrrandist.
yB=−4,5⋅(−3)+13,5=13,5+13,5=27
Kontroll funktsiooni valemist: f(−3)=23⋅9−21⋅(−27)=13,5+13,5=27. Kuna x=3 on puutepunkt, pidi tegur (x−3) tulema kahekordne. Kuupvõrrandi võib lahendada ka nii, et jagad polünoomi teguriga x−3.
VASTUS
1) Funktsiooni miinimumkoht on x=0 (f(0)=0) ja maksimumkoht x=2 (f(2)=2); funktsioon kahaneb vahemikes (−∞;0) ja (2;∞). 2) Puutuja võrrand on y=−4,5x+13,5 ja punkt B on B(−3;27).