Lai riigieksam 2018, ülesanne 5: Miinimumpunkt ja tuletise võrratus
1.Leidke funktsiooni f(x)=2x2⋅(x−1) miinimumpunkti koordinaadid.
2.Leidke funktsiooni g(x)=x−12x2 tuletis ja lahendage võrratus g′(x)>0.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2018, ülesanne 5
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
Tuletise märgiskeem
Täitub sammus 7.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Miinimumkohas on tuletis null ja tuletise märk muutub miinusest plussiks. Jagatise tuletise korral vaata, millal on lugeja positiivne, sest nimetaja on ruut.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Ava sulud ja leia tuletis
Esimeses küsimuses tuleb leida funktsiooni f miinimumpunkt. Selleks on vaja tuletist. Enne tuletamist avame sulud, siis saab tuletada liikmekaupa.
Korrutame 2x2 sulu mõlema liikmega.
f(x)=2x2⋅(x−1)=2x3−2x2
Tuletame liikmekaupa valemiga (xn)′=nxn−1.
f′(x)=2⋅3x2−2⋅2x=6x2−4x
Konstantne tegur jääb tuletise ette: (2x3)′=2⋅3x2=6x2 ja (2x2)′=2⋅2x=4x. Tuletise võib leida ka korrutise reegliga, aga pärast sulgude avamist on see lihtsam.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia kriitilised kohad
Ekstreemumkohas on tuletis null. Võrdsustame tuletise nulliga.
Kirjutame võrrandi.
6x2−4x=0
Toome ühise teguri 2x sulgude ette.
2x(3x−2)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x1=0,3x−2=0⇒x2=32
Mittetäieliku ruutvõrrandi (vabaliige puudub) lahendame tegurdamisega, lahendivalemit pole vaja.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Tee kindlaks ekstreemumi liik
Uurime tuletise märki vahemikes, milleks kriitilised kohad jagavad arvtelje. Igast vahemikust valime ühe proovikoha.
Proovikohad: f′(−1)=6+4=10>0, f′(0,5)=1,5−2=−0,5<0 ja f′(1)=6−4=2>0.
Kohal 32 muutub tuletise märk miinusest plussiks, seega on seal miinimum.
xmin=32
Kui tuletis on enne kohta negatiivne (funktsioon kahaneb) ja pärast positiivne (funktsioon kasvab), on selles kohas miinimum. Kohal 0 on vastupidi maksimum. Sama tulemuse annab teine tuletis: f′′(x)=12x−4 ja f′′(32)=8−4=4>0.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Arvuta miinimumi väärtus
Miinimumpunkti y-koordinaat on funktsiooni väärtus kohal x=32.
Asendame x=32 funktsiooni algsesse avaldisse.
f(32)=2⋅(32)2⋅(32−1)=2⋅94⋅(−31)=−278
Kirjutame miinimumpunkti koordinaadid.
(32;−278)
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia jagatise tuletis
Teises küsimuses tuleb leida funktsiooni g tuletis. Funktsioon on jagatis, kus lugeja on u=2x2 ja nimetaja v=x−1. Funktsioon on määratud, kui x=1.
Kirjutame jagatise tuletise valemi.
(vu)′=v2u′⋅v−u⋅v′
Asendame u=2x2, u′=4x, v=x−1 ja v′=1.
g′(x)=(x−1)24x⋅(x−1)−2x2⋅1
Avame lugejas sulud ja koondame.
g′(x)=(x−1)24x2−4x−2x2=(x−1)22x2−4x
Nimetaja jätame ruudu kujule, sest nii on selle märk kohe näha. Lugeja tuletis (2x2)′=4x ja nimetaja tuletis (x−1)′=1.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Leia lugeja ja nimetaja nullkohad
Võrratuse g′(x)>0 lahendamiseks tegurdame lugeja ja leiame kohad, kus lugeja või nimetaja on null.
Toome lugejas sulgude ette ühise teguri 2x.
(x−1)22x2−4x>0⇔(x−1)22x(x−2)>0
Lugeja nullkohad.
2x(x−2)=0⇒x=0vo˜ix=2
Nimetaja nullkoht. See koht ei kuulu määramispiirkonda.
(x−1)2=0⇒x=1
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Koosta märgiskeem
Nimetaja (x−1)2 on ruut, seega on see positiivne iga x=1 korral. Murru märk on sama mis lugeja 2x(x−2) märk. Lugeja graafik on üles avanev parabool nullkohtadega 0 ja 2.
Üles avanev parabool on positiivne väljaspool nullkohti ja negatiivne nende vahel. Koht x=1 jääb nullkohtade vahele, seal on tuletis mõlemal pool negatiivne, aga kohal 1 endal pole see määratud.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 2Samm 8: Kirjuta võrratuse lahend
Valime vahemikud, kus tuletis on positiivne. Võrratus on range, seega nullkohad lahendisse ei kuulu.
x∈(−∞;0)∪(2;∞)
Koht x=1 jääb lahendist niikuinii välja, sest see on vahemikus (0;2), kus tuletis on negatiivne.
VASTUS
1) Funktsiooni f miinimumpunkt on (32;−278). 2) Funktsiooni g tuletis on g′(x)=(x−1)22x2−4x ja võrratuse g′(x)>0 lahend on x∈(−∞;0)∪(2;∞).