Lai riigieksam 2016, ülesanne 5: Kuupfunktsiooni kasvamine, miinimum ja puutuja
On antud funktsioon f(x)=−x3+3x2+2.
1.Leidke funktsiooni f(x) kasvamisvahemik.
2.Leidke funktsiooni f(x) graafiku miinimumpunkti koordinaadid.
3.Koostage funktsiooni f(x) graafikule kohal x0=−1 joonestatud puutuja võrrand.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2016, ülesanne 5
Funktsiooni graafik
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
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
Funktsioon kasvab seal, kus tuletis on positiivne. Miinimumkohas muutub tuletise märk miinusest plussiks. Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia tuletis
Esimeses küsimuses tuleb leida kasvamisvahemik. Funktsioon kasvab seal, kus tuletis on positiivne, seega leiame kõigepealt tuletise.
Võtame tuletise liikmete kaupa. Konstandi 2 tuletis on null.
f′(x)=−3x2+3⋅2x+0
Lihtsustame.
f′(x)=−3x2+6x
Kasutame valemit (xn)′=nxn−1: (x3)′=3x2 ja (x2)′=2x. Konstantne kordaja jääb alles, seega (−x3)′=−3x2 ja (3x2)′=6x.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia tuletise nullkohad
Võrdsustame tuletise nulliga.
−3x2+6x=0
Toome −3x sulgude ette.
−3x(x−2)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x1=0,x2=2
Tuletise nullkohad jagavad arvtelje osadeks, kus tuletise märk ei muutu. Tuletis on ruutfunktsioon, mille ruutliikme kordaja −3 on negatiivne, seega parabool avaneb alla ja tuletis on positiivne nullkohtade vahel.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Leia kasvamisvahemik
Funktsioon kasvab, kui f′(x)>0.
Kirjutame kasvamise tingimuse.
−3x2+6x>0
Parabool y=−3x2+6x avaneb alla, seega on see positiivne nullkohtade vahel.
X↑=(0;2)
110xyy=f(x)(2;6)(0;2)
Märgiskeemil on tuletise märgid −, +, −. Seega funktsioon kahaneb, kui x<0, kasvab vahemikus (0;2) ja kahaneb uuesti, kui x>2. Kontroll: f′(1)=−3+6=3>0.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia miinimumpunkt
Teises küsimuses on vaja miinimumpunkti. Miinimumkohas muutub tuletise märk miinusest plussiks: enne seda funktsioon kahaneb, pärast kasvab.
Märgiskeemi järgi muutub märk miinusest plussiks kohal x=0.
xmin=0
Arvutame funktsiooni väärtuse miinimumkohas.
f(0)=−03+3⋅02+2=2
Kirjutame miinimumpunkti koordinaadid.
(0;2)
110xyy=f(x)(2;6)(0;2)
Kohal x=2 muutub märk plussist miinuseks, seal on maksimum: f(2)=−8+12+2=6, maksimumpunkt on (2;6). Küsiti ainult miinimumpunkti.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 3Samm 5: Leia puutepunkt
Kolmandas küsimuses tuleb koostada puutuja võrrand kohal x0=−1. Selleks on vaja puutepunkti y-koordinaati f(x0) ja puutuja tõusu f′(x0).
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x0=−1. Negatiivse arvu paneme sulgudesse.
f(−1)=−(−1)3+3⋅(−1)2+2=1+3+2=6
110xyy=f(x)(2;6)(0;2)(−1;6)
(−1)3=−1, seega −(−1)3=1; (−1)2=1, seega 3⋅(−1)2=3.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 3Samm 6: Leia puutuja tõus
Asendame tuletisse x=−1.
k=f′(−1)=−3⋅(−1)2+6⋅(−1)=−3−6=−9
Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis. See on tuletise geomeetriline tähendus.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 3Samm 7: Koosta puutuja võrrand
Kirjutame puutuja võrrandi valemi.
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
Asendame x0=−1, f(x0)=6 ja f′(x0)=−9.
y−6=−9(x−(−1))
Avame sulud.
y−6=−9x−9
Viime arvu 6 paremale poole.
y=−9x−3
110xyy=f(x)(2;6)(0;2)(−1;6)y=−9x−3
Kontroll: puutepunkt (−1;6) peab olema puutujal. −9⋅(−1)−3=9−3=6, seega punkt on puutujal.
VASTUS
1) Funktsioon kasvab vahemikus (0;2). 2) Graafiku miinimumpunkt on (0;2). 3) Puutuja võrrand kohal x0=−1 on y=−9x−3.