Lai riigieksam 2023, ülesanne 6: Kuupfunktsiooni negatiivsuspiirkond ja vähim väärtus
On antud funktsioon f(x)=x3+6x2+9x.
Leidke funktsiooni f(x)
1)negatiivsuspiirkond;
2)vähim väärtus lõigul [−5;1].
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2023, ülesanne 6
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 53,3% punktidest (Harno aruanne).
Valemikaart: abivalemid
a2−b2=(a−b)(a+b)
(a+b)2=a2+2ab+b2
(a−b)2=a2−2ab+b2
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
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
Arvtelg
Täitub sammus 2.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Too x sulgude ette; sulgudesse jääb summa ruut. Vähim väärtus lõigul on kas lõigu otspunktis või lõigul asuvas kohas, kus tuletis on null.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Tegurda funktsioon
Esimeses küsimuses tuleb leida negatiivsuspiirkond ehk need x väärtused, mille korral f(x)<0. Selleks tegurdame avaldise.
Toome ühise teguri x sulgude ette.
x3+6x2+9x=x(x2+6x+9)
Sulgudes on summa ruut, sest x2+2⋅x⋅3+32=(x+3)2.
f(x)=x(x+3)2
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia nullkohad
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x(x+3)2=0
Esimene tegur annab x=0, teine tegur x+3=0.
x1=0,x2;3=−3
Nullkoht −3 on kahekordne, sest tegur x+3 esineb ruudus. Kahekordse nullkoha juures funktsioon märki ei muuda.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Leia negatiivsuspiirkond
Ruut (x+3)2 on alati positiivne, välja arvatud kohal x=−3, kus see on null.
(x+3)2>0, kui x=−3
Seega on f(x) negatiivne siis, kui x<0 ja x=−3.
X−=(−∞;−3)∪(−3;0)
Korrutise märgi määrab tegur x, sest teine tegur ei ole kunagi negatiivne. Kohal x=−3 on f(−3)=0 ja null ei ole negatiivne, seega jääb see punkt piirkonnast välja. Märgiskeemil on märgid −, −, +.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia tuletis
Teises küsimuses tuleb leida vähim väärtus lõigul [−5;1]. See on kas lõigu otspunktis või kohas, kus tuletis on null. Leiame tuletise.
Võtame tuletise liikmete kaupa.
f′(x)=3x2+6⋅2x+9=3x2+12x+9
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia kriitilised punktid
Võrdsustame tuletise nulliga.
3x2+12x+9=0
Jagame võrrandi mõlemaid pooli arvuga 3.
x2+4x+3=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=4 ja c=3.
x1;2=2−4±42−4⋅1⋅3=2−4±4=2−4±2
Mõlemad kriitilised punktid asuvad lõigul [−5;1].
x1=−3,x2=−1
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Arvuta väärtused ja vali vähim
Arvutame funktsiooni väärtuse lõigu vasakus otspunktis.
f(−5)=(−5)3+6⋅(−5)2+9⋅(−5)=−125+150−45=−20
Arvutame väärtuse esimeses kriitilises punktis.
f(−3)=(−3)3+6⋅(−3)2+9⋅(−3)=−27+54−27=0
Arvutame väärtuse teises kriitilises punktis.
f(−1)=(−1)3+6⋅(−1)2+9⋅(−1)=−1+6−9=−4
Arvutame väärtuse lõigu paremas otspunktis.
f(1)=13+6⋅12+9⋅1=1+6+9=16
Võrdleme väärtusi −20, 0, −4 ja 16. Vähim neist on −20.
fmin=f(−5)=−20
Kohal x=−1 on funktsiooni miinimum (f(−1)=−4), aga lõigu otspunktis x=−5 on väärtus veel väiksem. Seepärast tuleb alati võrrelda ka otspunktide väärtusi.
VASTUS
1) Funktsiooni negatiivsuspiirkond on (−∞;−3)∪(−3;0). 2) Funktsiooni vähim väärtus lõigul [−5;1] on −20 (kohal x=−5).