Lai riigieksam 2016, ülesanne 6: Suurima ruumalaga postipakk
Uus postipakkide saatmise süsteem seab saadetava paki mõõtmetele järgmised tingimused:
a)pakk peab olema risttahukakujuline;
b)paki pikkus ja laius peavad suhtuma nagu 2 : 1;
c)paki pikkuse, laiuse ja kõrguse summa peab olema 60 cm.
Kui suur peaks olema sellise postipaki kõrgus, et paki ruumala oleks maksimaalne?
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2016, ülesanne 6
Valemikaart: püstprisma
V=Sp⋅h
St=2Sp+Sk
Sk=P⋅h,P on po˜hja u¨mbermo˜o˜t
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
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Tähista paki laius x-iga. Siis on pikkus 2x ja kõrgus avaldub summa tingimusest. Koosta ruumala funktsioon ja leia selle suurim väärtus tuletise abil.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Tähista paki mõõtmed
Paki pikkus ja laius suhtuvad nagu 2:1, seega on pikkus kaks korda suurem kui laius. Tähistame laiuse x-iga (sentimeetrites).
Laius ja pikkus.
laius=x,pikkus=2x
Kolme mõõtme summa on 60 cm.
2x+x+h=60
Avaldame kõrguse h.
h=60−3x
Kõik mõõtmed peavad olema positiivsed: x>0 ja 60−3x>0.
0<x<20
2xx60−3x
Lohista, et pöörata
Kui x≥20, oleks kõrgus null või negatiivne ja pakki poleks. Seepärast otsime suurimat ruumala vahemikus 0<x<20.
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Koosta ruumala funktsioon
Risttahuka ruumala on pikkuse, laiuse ja kõrguse korrutis.
Kirjutame ruumala valemi.
V=pikkus⋅laius⋅ko˜rgus
Asendame mõõtmed.
V(x)=2x⋅x⋅(60−3x)=2x2(60−3x)=120x2−6x3
Risttahukas on püstprisma, mille põhi on ristkülik: V=Sp⋅h=(2x⋅x)⋅h.
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Leia tuletis ja selle nullkohad
Suurim väärtus võib olla kohal, kus tuletis on null.
Võtame tuletise liikmete kaupa.
V′(x)=120⋅2x−6⋅3x2=240x−18x2
Võrdsustame tuletise nulliga.
240x−18x2=0
Toome 6x sulgude ette.
6x(40−3x)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null. Arv x=0 ei sobi, sest laius peab olema positiivne.
40−3x=0⇒x=340
340=1331≈13,3 cm on vahemikus (0;20), seega sobib.
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Kontrolli, et see on maksimum
Leiame teise tuletise.
V′′(x)=240−36x
Arvutame teise tuletise väärtuse kohal x=340.
V′′(340)=240−36⋅340=240−480=−240<0
Kui teine tuletis on negatiivne, on kriitilises punktis maksimum. Sama näitab tuletise märk: kui 0<x<340, on V′(x)>0 (ruumala kasvab), ja kui 340<x<20, on V′(x)<0 (ruumala kahaneb).
5Samm 5Peidetud
5
Samm 5: Arvuta paki kõrgus
Asendame x=340 kõrguse avaldisse.
h=60−3⋅340=60−40=20 cm
2xx60−3xh=20 cm
Lohista, et pöörata
Paki mõõtmed on siis: laius 340=1331 cm, pikkus 380=2632 cm ja kõrgus 20 cm (summa on 60 cm). Suurim ruumala on V=380⋅340⋅20=964000≈7111 cm³.
VASTUS
Paki ruumala on maksimaalne, kui paki kõrgus on 20 cm.