Lai riigieksam 2021, ülesanne 3: Kahe parabooli vaheline pindala
Joonisel on funktsioonide y=0,25x2 ja y=2−41x2 graafikud.
Viirutage antud funktsioonide graafikutega piiratud kujundja arvutage selle kujundi pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2021, ülesanne 3
Ülesande joonis
−3−2−1123−1120xyy=0,25x2y=2−41x2
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
Leia kõigepealt graafikute lõikepunktid. Pindala on ülemise ja alumise funktsiooni vahe integraal lõikepunktide vahel.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Leia graafikute lõikepunktid
Kujundit piiravad kaks parabooli. Kujundi otspunktid on graafikute lõikepunktid, seega võrdsustame funktsioonid. Pane tähele, et 0,25=41.
Võrdsustame funktsioonide avaldised.
0,25x2=2−0,25x2
Viime x2-liikmed vasakule poole ja koondame.
0,5x2=2
Jagame mõlemaid pooli arvuga 0,5.
x2=4
Võtame ruutjuure. Ruutvõrrandil on kaks lahendit.
x1=−2,x2=2
Arvutame lõikepunkti y-koordinaadi.
y=0,25⋅22=0,25⋅4=1
−3−2−1123−1120xyy=0,25x2y=2−41x2(−2;1)(2;1)
Lõikepunktis on mõlemal funktsioonil sama väärtus. Mõlemad paraboolid on y-telje suhtes sümmeetrilised, seega on ka lõikepunktid (−2;1) ja (2;1) sümmeetrilised.
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Viiruta kujund ja vali ülemine joon
Kujund asub lõikepunktide vahel, kus −2≤x≤2. Selleks et pindala integraaliga arvutada, peame teadma, kumb graafik on ülal.
Võrdleme funktsioonide väärtusi näiteks kohal x=0.
2−41⋅02=2>0,25⋅02=0
Seega on lõigul [−2;2] ülal alla avanev parabool ja all üles avanev parabool.
2−41x2≥0,25x2,x∈[−2;2]
−3−2−1123−1120xyy=0,25x2y=2−41x2(−2;1)(2;1)
Parabool y=2−41x2 avaneb alla (haripunkt (0;2)) ja parabool y=0,25x2 avaneb üles (haripunkt (0;0)). Nende vahele jääb lõikepunktide vahel läätsekujuline kujund, mille viirutame.
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Kirjuta pindala integraalina
Kirjutame kahe joone vahelise pindala valemi.
S=∫ab(f(x)−g(x))dx
Asendame ülemise funktsiooni f(x)=2−41x2, alumise funktsiooni g(x)=0,25x2 ja rajad −2 ja 2.
S=∫−22(2−41x2−0,25x2)dx
Koondame integraali all sarnased liikmed: 41x2+0,25x2=0,5x2.
S=∫−22(2−0,5x2)dx
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Arvuta integraal
Leiame algfunktsiooni: ∫2dx=2x ja ∫0,5x2dx=30,5x3=6x3.
S=(2x−6x3)−22
Asendame ülemise raja 2 ja lahutame alumise raja −2 korral saadud väärtuse.