Kitsas riigieksam 2019, ülesanne 10: Õhutemperatuur keskööst keskpäevani
Ilmajaamas mõõdeti keskööst keskpäevani (st 12 tunni jooksul) õhutemperatuuri. Sõltuvalt ajast x (tundides) on õhutemperatuur y(°C) muutunud seaduse y=0,01x3−0,05x2−0,77x+7 järgi (vt joonist).
1.Arvutage õhutemperatuur kell 10.00.
2.Kui y=3,15, siis on antud võrrandil kolm lahendit: x1=5; x2=77 ja x3=−77.Uurige temperatuurigraafikut ning arvutage, mitu tundi ja mitu minutit oli temperatuur alla 3,15 °C.
3.Mis kell oli õhutemperatuur kõige madalam? Arvutage see temperatuur.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2019, ülesanne 10
Ülesande joonis
110x(h)y12(°C)
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
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Kell 10.00 on x=10. Teises küsimuses vaata graafikult, kumma kahe lahendi vahel on graafik sirgest y=3,15 allpool. Madalaim temperatuur on tuletise nullkohas.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Arvuta temperatuur kell 10.00
Esimeses küsimuses on vaja temperatuuri kell 10.00. Aega mõõdetakse keskööst, seega kell 10.00 on x=10.
Asendame funktsiooni avaldisse x=10.
y(10)=0,01⋅103−0,05⋅102−0,77⋅10+7
Arvutame astmed ja korrutised ning liidame.
y(10)=10−5−7,7+7=4,3
110x(h)y12(°C)(10;4,3)
103=1000 ja 0,01⋅1000=10; 102=100 ja 0,05⋅100=5.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 2Samm 2: Vali sobivad lahendid
Teises küsimuses on antud, millal temperatuur oli täpselt 3,15 °C. Mõõtmine kestis 12 tundi, seega sobivad ainult lahendid lõigult [0;12].
Lahend x3=−77 on negatiivne, see ei sobi.
x3=−77≈−8,77<0
Ülejäänud kaks lahendit on lõigul [0;12].
x1=5,x2=77≈8,77
110x(h)y12(°C)(10;4,3)y=3,15x1=5x2=77
Joonisel lõikab sirge y=3,15 graafikut kaks korda: kell 5 ja kell 77≈8,77. Nendel hetkedel oli temperatuur täpselt 3,15 °C.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 2Samm 3: Leia, millal temperatuur oli alla 3,15 °C
Graafikult on näha, et temperatuur langeb kuni kella seitsmeni ja tõuseb siis. Seega on graafik sirgest y=3,15 allpool lahendite 5 ja 77 vahel. Kontrollime ühe vahepealse väärtusega.
Arvutame temperatuuri näiteks kohal x=7.
y(7)=0,01⋅343−0,05⋅49−0,77⋅7+7=2,59<3,15
Temperatuur oli alla 3,15 °C vahemikus
5<x<77
110x(h)y12(°C)(10;4,3)y=3,15x1=5x2=77≈3 h 46 min
Väljaspool seda vahemikku on temperatuur kõrgem: näiteks y(0)=7 ja y(12)=7,84.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Arvuta aja pikkus tundides ja minutites
Lahutame hilisemast ajast varasema.
77−5≈8,77496−5=3,77496 h
Täistunde on 3. Teisendame ülejäänud tunniosa minutiteks, korrutades arvuga 60.
0,77496⋅60≈46,498≈46 min
110x(h)y12(°C)(10;4,3)y=3,15x1=5x2=77≈3 h 46 min
Tunnis on 60 minutit, seega 0,77496 tundi on 0,77496⋅60≈46,5 minutit, ümardatult 46 minutit (täpsem väärtus 46,498 on alla 46,5).
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 3Samm 5: Leia funktsiooni tuletis
Kolmandas küsimuses on vaja madalaimat temperatuuri. Graafikul on madalaim punkt seal, kus funktsioon lõpetab kahanemise ja hakkab kasvama, ehk tuletise nullkohas.
Leiame tuletise liikmete kaupa astme tuletise valemiga.
y′=0,01⋅3x2−0,05⋅2x−0,77=0,03x2−0,1x−0,77
(x3)′=3x2, (x2)′=2x, x′=1 ja konstandi 7 tuletis on 0.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 3Samm 6: Leia tuletise nullkohad
Võrdsustame tuletise nulliga.
0,03x2−0,1x−0,77=0
Korrutame mõlemaid pooli arvuga 100, et kaoksid kümnendmurrud.
3x2−10x−77=0
Kirjutame ruutvõrrandi lahendivalemi.
x1;2=2a−b±b2−4ac
Asendame a=3, b=−10 ja c=−77.
x1;2=610±100+924=610±1024=610±32
Arvutame mõlemad lahendid.
x1=642=7,x2=6−22=−311
b2−4ac=(−10)2−4⋅3⋅(−77)=100+924=1024 ja 1024=32. Negatiivne aeg −311 ei sobi.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 3Samm 7: Kontrolli, et see on miinimum
Kontrollime tuletise märki mõlemal pool kohta x=7.
Enne kella seitset, näiteks kohal x=0, on tuletis negatiivne: temperatuur langeb.
y′(0)=−0,77<0
Pärast kella seitset, näiteks kohal x=10, on tuletis positiivne: temperatuur tõuseb.
y′(10)=3−1−0,77=1,23>0
Seega on kohal x=7 miinimumkoht.
xmin=7
Kui tuletis vahetab märki miinusest plussiks, on funktsioonil miinimum. Lõigul [0;12] on see ainus ekstreemumkoht, seega on seal ka kogu lõigu madalaim temperatuur.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 3Samm 8: Arvuta madalaim temperatuur
Asendame funktsiooni avaldisse x=7.
y(7)=0,01⋅73−0,05⋅72−0,77⋅7+7
Arvutame: 73=343 ja 72=49.
y(7)=3,43−2,45−5,39+7=2,59
110x(h)y12(°C)(10;4,3)y=3,15x1=5x2=77≈3 h 46 min(7;2,59)
VASTUS
1) Kell 10.00 oli õhutemperatuur 4,3 °C. 2) Temperatuur oli alla 3,15 °C umbes 3 tundi ja 46 minutit (kella 5.00-st kuni 77≈8,77 tunnini). 3) Õhutemperatuur oli kõige madalam kell 7.00 ja see oli 2,59 °C.