Lai riigieksam 2022, ülesanne 6: Trigonomeetriline avaldis, graafik ja võrrand
1.Lihtsustage avaldis sin2αsin(α+β)−cos3α, kus α on mingi teravnurk ja β=90∘.
2.Konstrueerige antud koordinaatteljestikus funktsiooni f(x)=2sinx graafik lõigul [0;3π] ja lahendage samal lõigul võrrand f(x)=41.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2022, ülesanne 6
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 48,9% punktidest (Harno aruanne).
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
π2π3π−110xy
Valemikaart: summa ja vahe trigonomeetrilised funktsioonid
sin(α+β)=sinα⋅cosβ+cosα⋅sinβ
sin(α−β)=sinα⋅cosβ−cosα⋅sinβ
cos(α+β)=cosα⋅cosβ−sinα⋅sinβ
cos(α−β)=cosα⋅cosβ+sinα⋅sinβ
tan(α+β)=1−tanα⋅tanβtanα+tanβ
tan(α−β)=1+tanα⋅tanβtanα−tanβ
Valemikaart: trigonomeetria põhiseosed
sin2α+cos2α=1
tanα=cosαsinα
sin(−α)=−sinα,cos(−α)=cosα,tan(−α)=−tanα
Valemikaart: kahekordse nurga valemid
sin2α=2sinα⋅cosα
cos2α=cos2α−sin2α
tan2α=1−tan2α2tanα
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Esimeses osas kasuta summa siinuse valemit ja seost sin2α+cos2α=1. Teises osas korruta võrrand kahega ja mõtle, millistel nurkadel on siinus 21.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Asenda nurk β ja lihtsusta summa siinus
Esimeses küsimuses tuleb avaldis lihtsustada. Alustame lugeja esimesest liikmest, kuhu asendame β=90∘.
Kirjutame summa siinuse valemi.
sin(α+β)=sinα⋅cosβ+cosα⋅sinβ
Asendame β=90∘. Teame, et cos90∘=0 ja sin90∘=1.
sin(α+90∘)=sinα⋅0+cosα⋅1=cosα
See on taandamisvalem sin(90∘+α)=cosα. Liitmisvalemiga saab selle alati ise tuletada, kui täpset taandamisvalemit ei mäleta.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Tegurda lugeja
Asendame lugejasse leitud väärtuse.
sin(α+90∘)−cos3α=cosα−cos3α
Toome ühise teguri cosα sulgude ette.
cosα−cos3α=cosα(1−cos2α)
Põhiseosest sin2α+cos2α=1 saame 1−cos2α=sin2α.
cosα(1−cos2α)=cosα⋅sin2α
Sulgude ette toomisel jagame mõlemad liikmed teguriga cosα: cosα:cosα=1 ja cos3α:cosα=cos2α. Põhiseosest on sin2α=1−cos2α.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Kirjuta nimetaja kahekordse nurga valemiga
Kasutame kahekordse nurga siinuse valemit.
sin2α=2sinα⋅cosα
Nüüd on nii lugejas kui ka nimetajas tegurid sinα ja cosα, mida saab taandada.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Taanda murd
Kirjutame murru uue lugeja ja nimetajaga.
2sinα⋅cosαcosα⋅sin2α
Taandame teguritega cosα ja sinα.
2sinα⋅cosαcosα⋅sin2α=2sinα
Taandada tohib, sest α on teravnurk: siis sinα>0 ja cosα>0, seega kumbki ei ole null. Kuna sin2α=sinα⋅sinα, jääb pärast taandamist lugejasse üks sinα.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Koosta väärtuste tabel
Teises küsimuses tuleb joonestada funktsiooni f(x)=2sinx graafik lõigul [0;3π]. Graafik on siinusoid, mille väärtused on kaks korda väiksemad kui sinx väärtused. Arvutame väärtused iga veerandperioodi järel.
Kirjutame tabelisse x-i väärtused, sinx ja f(x)=2sinx.
Antud teljestikus vastab π kuuele ruudule ja y-teljel arv 1 kahele ruudule. Seega on 2π kolm ruutu ja väärtus 0,5 üks ruut. Kanname tabeli punktid teljestikku.
Funktsiooni suurim väärtus on 0,5 ja vähim väärtus −0,5.
−21≤2sinx≤21
π2π3π−110xyy=2sinx
Graafik saadakse siinusoidist y=sinx, kui see surutakse y-telje suunas kaks korda kokku. Periood jääb samaks, 2π, seega lõigul [0;3π] on poolteist lainet. Graafik algab punktist (0;0) ja lõpeb punktis (3π;0).
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Lahenda võrrand ühel perioodil
Nüüd lahendame võrrandi f(x)=41.
Kirjutame võrrandi.
2sinx=41
Korrutame võrrandi mõlemaid pooli kahega.
sinx=21
Siinus on 21 nurga 6π korral. Teine nurk, millel on sama siinus, on π−6π.
x=6πvo˜ix=π−6π=65π
π2π3π−110xyy=2sinxy=41
Graafiliselt otsime graafiku y=2sinx ja sirge y=41 lõikepunkte. Ühikringjoonel on siinus 21 kahe nurga korral: 30∘=6π ja 150∘=65π, sest sin(π−x)=sinx. Üldlahend on x=6π+2πn või x=65π+2πn, kus n∈Z.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 2Samm 8: Leia kõik lahendid lõigul [0; 3π]
Siinuse periood on 2π. Liidame leitud lahenditele 2π ja vaatame, kas tulemus jääb veel lõigule [0;3π].
Liidame esimesele lahendile 2π.
x=6π+2π=613π
Liidame teisele lahendile 2π.
x=65π+2π=617π
Mõlemad on väiksemad kui 3π=618π. Järgmine lahend 6π+4π=625π on juba suurem kui 3π.
x1=6π,x2=65π,x3=613π,x4=617π
π2π3π−110xyy=2sinxy=41x1x2x3x4
Kraadides on lahendid 30∘, 150∘, 390∘ ja 510∘. Jooniselt on näha, et sirge y=41 lõikab graafikut lõigul [0;3π] täpselt neljas punktis: kaks lõikepunkti on esimesel ülespoole kaarel ja kaks viimasel.
VASTUS
1) Lihtsustatud avaldis on 2sinα. 2) Võrrandi f(x)=41 lahendid lõigul [0;3π] on 6π, 65π, 613π ja 617π.