Lai riigieksam 2020, ülesanne 9: Viienda astme polünoomi uurimine
Leidke funktsiooni f(x)=x3(x2+2x)
1)maksimumkoht;
2)kahanemispiirkond;
3)maksimaalne väärtus lõigul [−2;1].
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2020, ülesanne 9
Funktsiooni graafik
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
−3−2−11−11230xy
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 3.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Ava kõigepealt sulud, siis on tuletist lihtne võtta. Suurim väärtus lõigul on kas lõigu otspunktis või lõigu sees olevas ekstreemumkohas.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Ava sulud ja leia tuletis
Kõik kolm küsimust vajavad tuletist. Avame enne sulud, siis saab tuletist võtta liikmete kaupa.
Korrutame x3 sulgude mõlema liikmega.
f(x)=x3(x2+2x)=x5+2x4
Võtame tuletise liikmete kaupa.
f′(x)=5x4+2⋅4x3=5x4+8x3
Astmete korrutamisel liidame astendajad: x3⋅x2=x5 ja x3⋅2x=2x4. Tuletis: (xn)′=nxn−1.
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Leia tuletise nullkohad
Võrdsustame tuletise nulliga.
5x4+8x3=0
Toome x3 sulgude ette.
x3(5x+8)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x3=0 vo˜i 5x+8=0
Leiame kriitilised punktid.
x1=−58=−1,6,x2=0
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Koosta tuletise märgiskeem
Kriitilised punktid jagavad arvtelje kolmeks vahemikuks. Leiame igas vahemikus tuletise märgi proovipunktiga.
Vasakpoolses vahemikus võtame x=−2.
f′(−2)=(−2)3⋅(5⋅(−2)+8)=(−8)⋅(−2)=16>0
Keskmises vahemikus võtame x=−1.
f′(−1)=(−1)3⋅(5⋅(−1)+8)=(−1)⋅3=−3<0
Parempoolses vahemikus võtame x=1.
f′(1)=13⋅(5+8)=13>0
Tuletise märk muutub ainult kriitilistes punktides, seega ühe proovipunkti märk kehtib kogu vahemikus. Tuletise märgid on +, −, +.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Leia maksimumkoht
Esimeses küsimuses tuleb leida maksimumkoht. Maksimum on seal, kus tuletise märk muutub plussist miinuseks.
Kohal −1,6 muutub märk plussist miinuseks, kohal 0 miinusest plussiks.
xmax=−1,6,xmin=0
Kui tuletis on positiivne, funktsioon kasvab; kui negatiivne, kahaneb. Kohal −1,6 lõpeb kasvamine ja algab kahanemine, seega see on maksimumkoht.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia kahanemispiirkond
Teises küsimuses tuleb leida kahanemispiirkond. Funktsioon kahaneb, kui tuletis on negatiivne.
Märgiskeemi järgi on tuletis negatiivne kriitiliste punktide vahel.
X↓=(−1,6;0)
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 3Samm 6: Arvuta väärtused otspunktides ja kriitilistes punktides
Kolmandas küsimuses tuleb leida suurim väärtus lõigul [−2;1]. Mõlemad kriitilised punktid on sellel lõigul. Arvutamiseks on mugav kuju f(x)=x4(x+2).
Väärtus lõigu vasakus otspunktis.
f(−2)=(−2)4⋅(−2+2)=16⋅0=0
Väärtus maksimumkohas.
f(−1,6)=(−1,6)4⋅(−1,6+2)=6,5536⋅0,4=2,62144
Väärtus miinimumkohas.
f(0)=04⋅(0+2)=0
Väärtus lõigu paremas otspunktis.
f(1)=14⋅(1+2)=3
−3−2−11−11230xyy=f(x)maxmin
x5+2x4=x4(x+2). (−1,6)2=2,56 ja (−1,6)4=2,562=6,5536. Täpselt f(−1,6)=31258192.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 3Samm 7: Vali suurim väärtus
Võrdleme leitud väärtusi. Suurim neist on 3.
[−2;1]maxf(x)=f(1)=3
−3−2−11−11230xyy=f(x)maxmin(−2;0)(1;3)
Maksimumi väärtus 2,62144 on väiksem kui väärtus lõigu otspunktis f(1)=3. Lokaalne maksimum ei pea olema suurim väärtus lõigul: pärast miinimumkohta 0 funktsioon kasvab ja jõuab kohal 1 kõrgemale.
VASTUS
1) Funktsiooni maksimumkoht on x=−1,6. 2) Kahanemispiirkond on (−1,6;0). 3) Funktsiooni maksimaalne väärtus lõigul [−2;1] on 3 (kohal x=1).