Lai riigieksam 2017, ülesanne 6: Kõvertrapetsi joonestamine ja pindala
1.Kõvertrapetsit K piiravad jooned y=x2−4x+6; y=1; x=1 ja x=4. Joonestage ja viirutage kõvertrapets K.
2.Arvutage kõvertrapetsi K pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2017, ülesanne 6
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
Valemikaart: parabooli haripunkt
y=ax2+bx+c
xh=−2ab=2x1+x2
yh=f(xh)
Valemikaart: põhilised integraalid
∫dx=x+C,∫xndx=n+1xn+1+C,n=−1
∫x1dx=ln∣x∣+C
∫exdx=ex+C,∫axdx=lnaax+C
∫sinxdx=−cosx+C,∫cosxdx=sinx+C
∫cos2x1dx=tanx+C
C on konstant
Valemikaart: määratud integraal ja pindala
∫abf(x)dx=F(b)−F(a)
F on f algfunktsioon: F′(x)=f(x)
S=∫ab(f(x)−g(x))dx,kui f(x)≥g(x) lo˜igul [a;b]
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Parabooli joonestamiseks leia haripunkt ja koosta väärtuste tabel. Kõvertrapetsi pindala on integraal ülemise ja alumise joone vahest lõigul [1;4].
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia parabooli haripunkt
Esimeses küsimuses tuleb kõvertrapets joonestada. Alustame paraboolist y=x2−4x+6, kus a=1, b=−4 ja c=6. Kuna a>0, avaneb parabool üles.
Kirjutame haripunkti x-koordinaadi valemi.
xh=−2ab
Asendame a=1 ja b=−4.
xh=−2⋅1−4=24=2
Arvutame haripunkti y-koordinaadi.
yh=22−4⋅2+6=4−8+6=2
Haripunkt H(2;2) on parabooli madalaim punkt. Kuna 2>1, asub kogu parabool sirgest y=1 kõrgemal. Seda on hiljem pindala arvutamisel vaja.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Koosta väärtuste tabel ja joonesta parabool
Valime x-väärtused haripunktist mõlemale poole ja arvutame y-väärtused.
Näiteks kui x=1, siis y=1−4+6=3, ja kui x=4, siis y=16−16+6=6.
xy0613223346
110xyy=x2−4x+6H(2;2)
Parabool on sümmeetriline haripunkti läbiva sirge x=2 suhtes, seega on väärtused kohtadel 1 ja 3 ning 0 ja 4 võrdsed. Kanname punktid teljestikku ja ühendame need sujuva joonega.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Joonesta sirged
Ülejäänud kolm joont on sirged, mis on paralleelsed koordinaattelgedega.
Sirge y=1 kõigi punktide y-koordinaat on 1, see on x-teljega paralleelne.
y=1:(0;1),(4;1)
Sirgete x=1 ja x=4 kõigi punktide x-koordinaat on vastavalt 1 ja 4, need on y-teljega paralleelsed.
x=1:(1;0),(1;3);x=4:(4;0),(4;6)
110xyy=x2−4x+6H(2;2)y=1x=1x=4
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Viiruta kõvertrapets
Kõvertrapets K on kujund, mida piiravad kõik neli joont: ülalt parabool, alt sirge y=1, vasakult sirge x=1 ja paremalt sirge x=4.
Kõvertrapetsi punktid rahuldavad kahte tingimust.
1≤x≤4,1≤y≤x2−4x+6
110xyy=x2−4x+6y=1x=1x=4K
Kõvertrapetsi alus ei pea olema x-teljel: siin on alumine serv sirge y=1. Viirutame ala sirgete x=1 ja x=4 vahel, sirgest y=1 kuni paraboolini.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Koosta pindala integraal
Teises küsimuses tuleb arvutada pindala. Lõigul [1;4] on ülemine joon parabool ja alumine joon sirge y=1.
Kirjutame kahe joone vahelise pindala valemi.
S=∫ab(f(x)−g(x))dx
Asendame f(x)=x2−4x+6, g(x)=1 ning rajad a=1 ja b=4.
S=∫14(x2−4x+6−1)dx=∫14(x2−4x+5)dx
Valem kehtib, kui f(x)≥g(x) kogu lõigul. Siin x2−4x+5=(x−2)2+1>0, seega parabool on alati sirgest y=1 kõrgemal.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Leia algfunktsioon
Leiame algfunktsiooni liikmete kaupa.
F(x)=3x3−4⋅2x2+5x=3x3−2x2+5x
Valemi ∫xndx=n+1xn+1+C järgi on x2 algfunktsioon 3x3 ja x algfunktsioon 2x2. Määratud integraali korral konstanti C ei kirjutata, sest see taandub ära.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Arvuta pindala
Kirjutame Newtoni-Leibnizi valemi.
S=F(4)−F(1)
Arvutame algfunktsiooni väärtuse ülemisel rajal x=4.
F(4)=364−2⋅16+5⋅4=364−32+20=364−12=328
Arvutame algfunktsiooni väärtuse alumisel rajal x=1.
F(1)=31−2⋅1+5⋅1=31+3=310
Lahutame.
S=328−310=318=6
110xyy=x2−4x+6y=1x=1x=4S=6
364−12=364−336=328 ja 31+3=31+39=310. Pindala on positiivne, nagu peab.
VASTUS
1) Kõvertrapets K on joonisel viirutatud: see jääb sirgete x=1 ja x=4 vahele, sirge y=1 kohale ja parabooli y=x2−4x+6 alla. 2) Kõvertrapetsi K pindala on 6 ruutühikut.