Kitsas riigieksam 2022, ülesanne 4: Trigonomeetriline avaldis ja koosinusfunktsioon
1.Lihtsustage avaldis cos2α−tanαsinα+sin2α.
2.Joonisel on funktsiooni f(x)=1+cosx graafik lõigul [−180∘;180∘]. Leidke sellel lõigul
1)muutuja x väärtused, mille korral f(x)=1,5;
2)funktsiooni f(x) suurim väärtus.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2022, ülesanne 4
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 21,1% punktidest (Harno aruanne).
Ülesande joonis
−180∘180∘120xyf(x)=1+cosx
Valemikaart: trigonomeetria põhiseosed
sin2α+cos2α=1
tanα=cosαsinα
sin(−α)=−sinα,cos(−α)=cosα,tan(−α)=−tanα
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Teises küsimuses asenda f(x) avaldisega 1+cosx ja lahenda saadud võrrand. Koosinuse suurim väärtus on 1.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Kasuta põhiseost
Esimeses küsimuses tuleb avaldis lihtsustada. Avaldises on siinuse ja koosinuse ruudud, mille summa on põhiseose järgi teada.
Paneme ruudud kõrvuti.
cos2α−tanαsinα+sin2α=cos2α+sin2α−tanαsinα
Siinuse ja koosinuse ruutude summa on 1.
cos2α+sin2α−tanαsinα=1−tanαsinα
Liidetavate järjekorda võib muuta. Põhiseos sin2α+cos2α=1 kehtib iga nurga korral.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Lihtsusta murd
Asendame tanα=cosαsinα ja jagamise asemel korrutame pöördarvuga.
tanαsinα=sinα:cosαsinα=sinα⋅sinαcosα=cosα
Kirjutame lihtsustatud avaldise.
1−tanαsinα=1−cosα
Murruga jagamine on sama, mis selle pöördarvuga korrutamine. Seejärel taandub sinα lugejas ja nimetajas. Avaldis on määratud ainult siis, kui sinα=0 ja cosα=0, sest muidu poleks tanα olemas või oleks murru nimetaja null.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 2Samm 3: Lahenda võrrand f(x) = 1,5
Teise küsimuse esimeses osas tuleb leida, millal funktsiooni väärtus on 1,5. Jooniselt on näha, et sirge y=1,5 lõikab graafikut kahes kohas.
Asendame f(x) funktsiooni avaldisega.
1+cosx=1,5
Lahutame võrrandi mõlemast poolest 1.
cosx=0,5
Koosinus on 0,5 nurga 60∘ korral.
x=60∘
Koosinus on paarisfunktsioon, seega cos(−60∘)=cos60∘=0,5.
x1=−60∘,x2=60∘
−180∘180∘120xyf(x)=1+cosxy=1,5−60∘60∘
Lõigul [−180∘;180∘] on graafik sümmeetriline y-telje suhtes, sest cos(−x)=cosx. Seepärast on lahendeid kaks: 60∘ ja −60∘. Muud nurgad, mille koosinus on 0,5 (näiteks 300∘), jäävad sellest lõigust välja.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia suurim väärtus
Teise küsimuse teises osas tuleb leida funktsiooni suurim väärtus. See on graafiku kõrgeima punkti y-koordinaat.
Koosinuse suurim väärtus on 1 ja see saavutatakse kohal x=0∘.
cosx≤1
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x=0∘.
ymax=f(0∘)=1+cos0∘=1+1=2
−180∘180∘120xyf(x)=1+cosxy=1,5−60∘60∘ymax=2
Kuna cosx≤1, siis 1+cosx≤1+1=2. Jooniselt on samuti näha, et graafiku kõrgeim punkt on y-teljel kõrgusel 2.
VASTUS
1) Lihtsustatud avaldis on 1−cosα. 2) Lõigul [−180∘;180∘] on f(x)=1,5, kui x=−60∘ või x=60∘, ja funktsiooni suurim väärtus on 2.