Kitsas riigieksam 2017, ülesanne 10: Kõvertrapets ja ristkülik selle sees
Joonisel on ruutfunktsiooni y=x2−2x+3 graafik. Kõvertrapetsit K piiravad jooned y=x2−2x+3; y=0; x=0 ja x=3.
1.Joonestage ja viirutage kõvertrapets K.
2.Arvutage kõvertrapetsi K pindala.
3.Kas kõvertrapetsist K saab välja lõigata ristküliku, mille pindala on 6 pindalaühikut? Põhjendage oma vastust.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2017, ülesanne 10
Ülesande joonis
110xyy=x2−2x+3
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: parabooli haripunkt
y=ax2+bx+c
xh=−2ab=2x1+x2
yh=f(xh)
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Kõvertrapetsi pindala on funktsiooni määratud integraal lõigul [0;3]. Ristküliku jaoks vaata, kui madalal on parabooli madalaim punkt.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Koosta väärtuste tabel ja joonesta sirge x = 3
Esimeses küsimuses tuleb kõvertrapets joonestada. Jooned y=0 ja x=0 on teljed, sirge x=3 tuleb juurde joonestada. Parabooli punktid lõigul [0;3] saame väärtuste tabelist.
Arvutame funktsiooni väärtused.
xy03122336
Näiteks kohal x=3:
y=32−2⋅3+3=9−6+3=6
110xyy=x2−2x+3x=3(0;3)(1;2)(2;3)(3;6)
Sirge x=3 on y-teljega paralleelne püstine sirge, mis läbib x-teljel punkti 3. See lõikab parabooli punktis (3;6).
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Viiruta kõvertrapets
Kõvertrapets on vasakult piiratud y-teljega (x=0), paremalt sirgega x=3, alt x-teljega (y=0) ja ülalt parabooliga.
Kõvertrapets koosneb punktidest, mille koordinaadid rahuldavad tingimusi
0≤x≤3,0≤y≤x2−2x+3
110xyy=x2−2x+3x=3(0;3)(1;2)(2;3)(3;6)K
Parabool on kogu lõigul x-teljest kõrgemal: selle madalaim punkt on (1;2). Seepärast on kõvertrapets üks tükk ja selle ülemine serv on parabool.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 2Samm 3: Kirjuta pindala integraalina
Teises küsimuses on vaja pindala. Kõvertrapetsi pindala on funktsiooni määratud integraal lõigul [0;3].
Kirjutame integraali, mille rajad on 0 ja 3.
S=∫03(x2−2x+3)dx
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia algfunktsioon
Integreerime liikmete kaupa.
F(x)=3x3−2⋅2x2+3x=3x3−x2+3x
Kasutame valemit ∫xndx=n+1xn+1+C: ∫x2dx=3x3, ∫xdx=2x2 ja ∫3dx=3x. Määratud integraalis konstant C taandub, seega selle jätame kirjutamata.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Arvuta pindala
Kirjutame Newtoni-Leibnizi valemi.
S=F(3)−F(0)
Arvutame algfunktsiooni väärtuse ülemisel rajal.
F(3)=327−9+9=9−9+9=9
Alumisel rajal on kõik liikmed nullid.
F(0)=0
Lahutame.
S=9−0=9
110xyy=x2−2x+3x=3(0;3)(1;2)(2;3)(3;6)SK=9
Pindala on 9 ruutühikut.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 3Samm 6: Leia parabooli madalaim punkt
Kolmandas küsimuses tuleb otsustada, kas kõvertrapetsi sisse mahub ristkülik pindalaga 6. Ristküliku alumine külg võib olla x-teljel. Kõrgus ei tohi olla suurem kui parabooli madalaim punkt, seega leiame haripunkti.
Haripunkti esimene koordinaat, kus a=1 ja b=−2.
xh=−2ab=−2⋅1−2=1
Haripunkti teine koordinaat.
yh=12−2⋅1+3=2
Parabool avaneb üles (a=1>0), seega haripunkt (1;2) on selle madalaim punkt. Kogu lõigul [0;3] on parabool vähemalt kõrgusel 2.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 3Samm 7: Põhjenda ristküliku olemasolu
Võtame ristküliku, mille alus on x-teljel lõik [0;3] ja kõrgus 2. Selle ülemine külg on sirgel y=2, mis on kogu lõigul parabooli all või puudutab seda punktis (1;2). Seega on ristkülik täielikult kõvertrapetsi sees.
Arvutame selle ristküliku pindala.
Sr=3⋅2=6
110xyy=x2−2x+3x=3(0;3)(1;2)(3;6)SK=93⋅2=6
Ainult pindalade võrdlusest 6<9 ei piisa, sest kujundi sisse peab mahtuma just ristkülik. Näidatud ristkülik 3×2 mahub ja selle pindala on täpselt 6, seega vastus on jah.
VASTUS
1) Kõvertrapets K on joonisel viirutatud. 2) Kõvertrapetsi K pindala on 9 ruutühikut. 3) Jah, saab: näiteks ristkülik tippudega (0;0), (3;0), (3;2) ja (0;2) on pindalaga 3⋅2=6 ja jääb tervikuna kõvertrapetsi sisse, sest parabooli madalaim punkt on (1;2).