Lai riigieksam 2023, ülesanne 8: Parabooli, sirge ja telgedega piiratud kujundi pindala
Joonestage antud koordinaatteljestikku funktsioonide f(x)=−x2+2x+3 ja g(x)=7−x graafikud. Viirutage kujund, mis asub koordinaattasandi I veerandis ja mida piiravad x-telg, y-telg ning funktsioonide f(x) ja g(x) graafikud.Arvutage viirutatud kujundi pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2023, ülesanne 8
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 65,5% punktidest (Harno aruanne).
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
Valemikaart: parabooli haripunkt
y=ax2+bx+c
xh=−2ab=2x1+x2
yh=f(xh)
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]
Valemikaart: kolmnurga pindala
S=2a⋅h
h on ku¨ljele a to˜mmatud ko˜rgus
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Joonesta parabool nullkohtade ja haripunkti abil ning sirge kahe punkti abil. Kujund jaguneb kaheks osaks: kuni parabooli nullkohani on alumine piir parabool, edasi x-telg.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Leia parabooli nullkohad
Parabooli joonestamiseks leiame kõigepealt nullkohad.
Võrdsustame funktsiooni nulliga.
−x2+2x+3=0
Korrutame võrrandi mõlemaid pooli arvuga −1.
x2−2x−3=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=−2 ja c=−3.
x1;2=22±(−2)2−4⋅1⋅(−3)=22±16=22±4
Arvutame mõlemad nullkohad.
x1=−1,x2=3
110xyx1=−1x2=3
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Leia haripunkt
Haripunkti x-koordinaat on nullkohtade keskel.
xh=2−1+3=1
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x=1.
yh=f(1)=−12+2⋅1+3=−1+2+3=4
Kirjutame haripunkti koordinaadid.
H(1;4)
110xyx1=−1x2=3H(1;4)
Parabool on sümmeetriline haripunkti läbiva püstsirge suhtes, seega on haripunkt nullkohtade keskel. Sama annab valem xh=−2ab=−2⋅(−1)2=1. Kuna a=−1<0, avaneb parabool alla.
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Joonesta parabool
Koostame parabooli väärtuste tabeli.
xy−1003142330
110xyy=−x2+2x+3x1=−1x2=3H(1;4)(0;3)
Näiteks f(0)=3 ja f(2)=−4+4+3=3. Punktid (0;3) ja (2;3) on haripunkti suhtes sümmeetrilised.
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Joonesta sirge
Koostame sirge väärtuste tabeli. Sirge jaoks piisab kahest punktist, kolmas on kontrolliks.
Sirge lõikab y-telge punktis (0;7) ja x-telge punktis (7;0), sest 7−7=0.
5Samm 5Peidetud
5
Samm 5: Kontrolli, kas graafikud lõikuvad
Kujundi piiride teadmiseks uurime, kas sirgel ja paraboolil on ühiseid punkte.
Võrdsustame funktsioonide avaldised.
7−x=−x2+2x+3
Viime kõik liikmed vasakule poole.
x2−3x+4=0
Arvutame diskriminandi.
D=(−3)2−4⋅1⋅4=9−16=−7
Diskriminant on negatiivne, seega võrrandil lahendeid ei ole ja graafikud ei lõiku. Sirge on kogu aeg parabooli kohal, näiteks kohal x=1 on g(1)=6>f(1)=4.
6Samm 6Peidetud
6
Samm 6: Viiruta kujund
Kujund asub I veerandis. Ülalt piirab seda sirge, vasakult y-telg ja alt kõigepealt parabool (kuni parabooli nullkohani x=3) ning seejärel x-telg (kuni sirge nullkohani x=7).
Alumine piir muutub kohal x=3, seega ei saa pindala arvutada ühe integraaliga ülemise ja alumise joone vahest. S1 on sirge ja parabooli vahel lõigul [0;3], S2 on sirge ja x-telje vahel lõigul [3;7].
7Samm 7Peidetud
7
Samm 7: Arvuta esimese osa pindala
Sirge on parabooli kohal, seega lahutame sirge avaldisest parabooli avaldise.
S1=∫03((7−x)−(−x2+2x+3))dx=∫03(x2−3x+4)dx
Leiame algfunktsiooni.
S1=[3x3−23x2+4x]03
Asendame ülemise ja alumise raja. Alumise raja 0 korral on algfunktsiooni väärtus 0.
Teine võimalus: suure kolmnurga (kaatetid 7 ja 7) pindalast 24,5 lahutada parabooli ja x-telje vaheline osa lõigul [0;3], mille pindala on ∫03(−x2+2x+3)dx=9. Ka siis S=24,5−9=15,5.