Lai riigieksam 2025, ülesanne 8: Parabooli puutuja ja pindala
Joonisel on funktsiooni f(x)=0,25x2 graafik.
1.Põhjendage, et sirge y=2x−4 on funktsiooni f(x) graafiku puutuja kohal x0=4.Täiendage joonist sirgega y=2x−4.
2.Viirutage kujund, mida piiravad x-telg, sirge y=2x−4 ja funktsiooni f(x) graafik, ning arvutage viirutatud kujundi pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2025, ülesanne 8
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 65% punktidest (Harno aruanne).
Ülesande joonis
110xyf(x)=0,25x2
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: joone puutuja võrrand
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
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
Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis. Pindala leidmiseks leia, kus sirge lõikab x-telge, ja jaga kujund osadeks.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia puutepunkt
Esimeses küsimuses tuleb põhjendada, et sirge on puutuja. Selleks koostame graafiku puutuja võrrandi kohal x0=4 ja võrdleme seda antud sirgega. Kõigepealt leiame puutepunkti.
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x0=4.
f(4)=0,25⋅42=0,25⋅16=4
Puutepunkt on graafiku punkt, mille esimene koordinaat on 4.
P(4;4)
110xyf(x)=0,25x2P(4;4)
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia puutuja tõus
Leiame funktsiooni tuletise.
f′(x)=0,25⋅2x=0,5x
Puutuja tõus on tuletise väärtus puutekohal x0=4.
k=f′(4)=0,5⋅4=2
Tuletise geomeetriline tähendus on puutuja tõus. (x2)′=2x ja kordaja 0,25 jääb alles.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Koosta puutuja võrrand
Kirjutame puutuja võrrandi.
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
Asendame x0=4, f(4)=4 ja f′(4)=2.
y−4=2(x−4)
Avame sulud ja avaldame y.
y=2x−8+4
Saime täpselt antud sirge võrrandi, seega on see sirge graafiku puutuja kohal x0=4.
y=2x−4
Puutuja on sirge, mis läbib puutepunkti ja mille tõus on võrdne tuletisega puutekohal. Mõlemad tingimused on täidetud: sirge läbib punkti P(4;4), sest 2⋅4−4=4, ja selle tõus on 2=f′(4).
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Joonesta puutuja
Sirge joonestamiseks piisab kahest punktist. Võtame lisaks puutepunktile veel kaks punkti, näiteks 2⋅2−4=0.
xy0−42044
110xyf(x)=0,25x2P(4;4)y=2x−4(0;−4)C(2;0)
Sirge puudutab parabooli punktis P(4;4) ja jääb mujal paraboolist allapoole.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Viiruta kujund ja leia sirge nullkoht
Teises küsimuses tuleb kujund viirutada ja selle pindala arvutada. Kujundit piiravad parabool (ülalt), x-telg ja sirge. Leiame, kus sirge lõikab x-telge.
Sirge lõikab x-telge seal, kus y=0.
2x−4=0
Liidame 4 ja jagame arvuga 2.
x=2
110xyf(x)=0,25x2P(4;4)y=2x−4(0;−4)C(2;0)
Kujund algab nullpunktist, kus parabool puudutab x-telge, ja lõpeb puutepunktis P(4;4). Lõigul [0;2] on kujundi alumine serv x-telg, lõigul [2;4] aga sirge. Seepärast tuleb kujund pindala arvutamiseks osadeks jaotada.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Arvuta parabooli alune pindala
Viirutatud kujund on parabooli alune ala lõigul [0;4], millest on ära võetud kolmnurk CFP. Arvutame kõigepealt parabooli aluse pindala.
Kirjutame määratud integraali.
S1=∫040,25x2dx
Algfunktsioon on 0,25⋅3x3=12x3.
S1=12x304=1243−1203=1264=316
110xyf(x)=0,25x2P(4;4)y=2x−4(0;−4)C(2;0)F(4;0)
Newtoni-Leibnizi valem: ∫abf(x)dx=F(b)−F(a). Integraali valem ∫x2dx=3x3+C. Murru 1264 taandame arvuga 4.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Lahuta kolmnurga pindala
Kolmnurk CFP on täisnurkne, selle kaatetid on CF=4−2=2 ja FP=4.
Täisnurkse kolmnurga pindala on kaatetite korrutise pool.
Teine võimalus on arvutada kaks integraali: ∫020,25x2dx+∫24(0,25x2−2x+4)dx=32+32=34. Kolmas võimalus: parabooli ja sirge vahe integraal lõigul [0;4] miinus kolmnurga OCE pindala, kus E(0;−4): 316−4=34.
VASTUS
1) Puutuja võrrand kohal x0=4 on y−4=2(x−4) ehk y=2x−4, seega antud sirge on graafiku puutuja. 2) Viirutatud kujundi pindala on 34=131 ruutühikut.