Lai riigieksam 2024, ülesanne 7: Sirge ja parabooliga piiratud kujundi pindala
Joonisel viirutatud kujund on piiratud sirgega y=6, parabooliga y=0,5x2−6x+16 ja mõlema koordinaatteljega. Arvutage
1)antud sirge ja parabooli lõikepunkti A koordinaadid;
2)viirutatud kujundi täpne pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2024, ülesanne 7
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 58% punktidest (Harno aruanne).
Ülesande joonis
110xyy=0,5x2−6x+16y=6A
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
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
Lõikepunktis on parabooli ja sirge y-koordinaat sama. Pindala arvutamiseks jaota kujund sirgega x=2 kaheks osaks.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Võrdsusta funktsioonide väärtused
Esimeses küsimuses tuleb leida sirge ja parabooli lõikepunkt A. Lõikepunktis on mõlema joone y sama.
Lõikepunkt rahuldab mõlemat võrrandit.
{y=6y=0,5x2−6x+16
Asendame teise võrrandisse y=6.
0,5x2−6x+16=6
Viime kõik liikmed vasakule ja korrutame võrrandit arvuga 2.
x2−12x+20=0
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Lahenda ruutvõrrand
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=−12 ja c=20.
x1;2=212±144−80=212±64=212±8
Arvutame mõlemad lahendid.
x1=2,x2=10
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Vali punkt A
Sirge ja parabool lõikuvad kahes punktis. Joonisel on A vasakpoolne lõikepunkt ehk väiksema abstsissiga.
Punkti A abstsiss on 2 ja ordinaat on sirge võrrandist 6.
A(2;6)
110xyy=0,5x2−6x+16y=6A(2;6)(10;6)
Teine lõikepunkt (10;6) asub paremal, parabooli teisel harul, ja viirutatud kujundit see ei piira.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Jaota kujund kaheks osaks
Teises küsimuses tuleb leida viirutatud kujundi pindala. Ülevalt piirab kujundit kuni punktini A sirge y=6 ja edasi parabool. Jaotame kujundi sirgega x=2: vasakul on ristkülik S1, paremal kõvertrapets S2.
Ristküliku laius on 2 (punktist 0 punktini 2) ja kõrgus 6.
S1=2⋅6=12
110xyy=0,5x2−6x+16y=6A(2;6)(10;6)2S1S2
Vahemikus 0≤x≤2 on parabool sirgest y=6 kõrgemal, seega on seal ülemine piir sirge. Pärast punkti A on parabool sirgest madalamal ja kujundit piirab ülalt parabool.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia parabooli nullkohad
Kõvertrapets ulatub punktist x=2 kuni kohani, kus parabool lõikab x-telge.
Võrdsustame parabooli avaldise nulliga ja korrutame võrrandit arvuga 2.
0,5x2−6x+16=0⇒x2−12x+32=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=−12 ja c=32.
x1;2=212±144−128=212±4
Arvutame mõlemad nullkohad.
x1=4,x2=8
110xyy=0,5x2−6x+16y=6A(2;6)(10;6)2S1S248
Kujundit piirab parabooli vasak haru, seega on kõvertrapetsi parem otspunkt esimene nullkoht x=4.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Arvuta kõvertrapetsi pindala
Kõvertrapetsi pindala on parabooli määratud integraal lõigul [2;4].
S2=∫24(0,5x2−6x+16)dx
Leiame algfunktsiooni. Astme integraal on n+1xn+1.
S2=(6x3−3x2+16x)24
Asendame ülemise ja alumise raja ning lahutame.
S2=(664−48+64)−(68−12+32)=380−364=316
∫0,5x2dx=0,5⋅3x3=6x3, ∫6xdx=3x2 ja ∫16dx=16x. Newtoni-Leibnizi valemi järgi on integraal F(4)−F(2), kus F(4)=332+16=380 ja F(2)=34+20=364.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Liida osade pindalad
Kujundi pindala on kahe osa pindalade summa.
S=S1+S2=12+316=352=1731
110xyy=0,5x2−6x+16y=6A(2;6)(10;6)2S1S248S=1731
Ülesanne küsib täpset pindala, seega jätame vastuse hariliku murruna, mitte ei ümarda kümnendmurruks.
VASTUS
1) Lõikepunkt on A(2;6). 2) Viirutatud kujundi pindala on 352=1731 ruutühikut.