Lai riigieksam 2017, ülesanne 3: Koosinusfunktsiooni graafik ja lahendite arv
1.Lihtsustage avaldis sin(π−x)sin2x.
2.Joonestage funktsiooni f(x)=2cosx graafik vahemikus (−π;π)ning leidke parameetri a kõik täisarvulised väärtused, mille korral on võrrandil f(x)=a selles vahemikus täpselt kaks lahendit.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2017, ülesanne 3
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
xy−ππ10
Valemikaart: kahekordse nurga valemid
sin2α=2sinα⋅cosα
cos2α=cos2α−sin2α
tan2α=1−tan2α2tanα
Valemikaart: taandamisvalemid
sin(90∘−α)=cosα,cos(90∘−α)=sinα
sin(90∘+α)=cosα,cos(90∘+α)=−sinα
sin(180∘−α)=sinα,cos(180∘−α)=−cosα
sin(180∘+α)=−sinα,cos(180∘+α)=−cosα
tan(180∘−α)=−tanα,tan(180∘+α)=tanα
sin(α+n⋅360∘)=sinα,cos(α+n⋅360∘)=cosα,n∈Z
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Lugeja jaoks sobib kahekordse nurga valem, nimetaja jaoks taandamisvalem. Võrrandi f(x)=a lahendite arv on sirge y=a ja graafiku lõikepunktide arv.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Kasuta kahekordse nurga valemit
Esimeses küsimuses tuleb avaldis lihtsustada. Alustame lugejast.
Kirjutame kahekordse nurga siinuse valemi.
sin2x=2sinxcosx
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Kasuta taandamisvalemit
Nurkade x ja π−x siinused on võrdsed.
sin(π−x)=sinx
Taandamisvalem sin(180∘−α)=sinα kehtib ka radiaanides: 180∘=π. Ühikringil on nurkade x ja π−x lõpphaarad sümmeetrilised y-telje suhtes, seega on nende y-koordinaadid (siinused) võrdsed.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Taanda murd
Asendame lugeja ja nimetaja leitud kujudega ning taandame teguri sinx.
sin(π−x)sin2x=sinx2sinxcosx=2cosx
Taandada tohib, sest avaldis on määratud ainult seal, kus nimetaja sinx=0. Seega kehtib lihtsustus sin(π−x)sin2x=2cosx kõigil x, mille korral sinx=0.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Koosta väärtuste tabel
Teises küsimuses tuleb joonestada funktsiooni f(x)=2cosx graafik vahemikus (−π;π). Arvutame funktsiooni väärtused tuntud nurkade korral: iga koosinuse väärtus korrutatakse kahega.
Näiteks f(3π)=2cos3π=2⋅21=1 ja f(32π)=2⋅(−21)=−1. Koosinus on paarisfunktsioon, seega on väärtused x ja −x korral samad.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Joonesta graafik
Kanname tabeli punktid teljestikku ja ühendame need sujuva joonega. Vahemiku otspunktid −π ja π vahemikku ei kuulu, seega märgime graafiku otsad tühja ringiga.
Graafikult loeme, milliseid väärtusi funktsioon selles vahemikus saavutab.
−2<f(x)≤2
xy−ππ102−1−2−2π2πy=2cosx
Suurim väärtus 2 saavutatakse kohal x=0. Väärtust −2 saavutaks funktsioon ainult kohtadel x=±π, mis vahemikku ei kuulu.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Loe graafikult lahendite arv
Võrrandi f(x)=a lahendid on sirge y=a ja graafiku lõikepunktide x-koordinaadid. Liigutame horisontaalset sirget y=a üles ja alla ning loeme lõikepunkte.
Kui a=2, puudutab sirge graafikut ainult kõrgeimas punktis.
a=2:u¨ks lahend (x=0)
Kui a on −2 ja 2 vahel, lõikab sirge graafikut kahes punktis.
−2<a<2: kaks lahendit
Kui a≤−2 või a>2, siis lõikepunkte ei ole (otspunktid ei kuulu graafikule).
a≤−2 vo˜i a>2: lahendeid pole
xy−ππ102−1−2−2π2πy=2cosxa=2a=1a=0a=−1a=−2
Juhul a=−2 oleks lahendid x=−π ja x=π, kuid vahemik (−π;π) on lahtine ja need kohad sinna ei kuulu. Seepärast ei sobi a=−2.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Vali täisarvulised väärtused
Täisarvud, mis on rangelt −2 ja 2 vahel.
a∈(−2;2),a∈Z⇒a∈{−1;0;1}
xy−ππ102−1−2−2π2πy=2cosxa=2a=1a=0a=−1a=−2
Näiteks a=1 korral on lahendid x=−3π ja x=3π, a=0 korral x=±2π ja a=−1 korral x=±32π.
VASTUS
1) Lihtsustatud avaldis on 2cosx. 2) Võrrandil f(x)=a on vahemikus (−π;π) täpselt kaks lahendit, kui a=−1, a=0 või a=1.