Kitsas riigieksam 2022, ülesanne 6: Kuupfunktsiooni puutujad ja monotoonsus
Joonisel on funktsiooni f(x)=x3−6x2+9x−1 graafik ja kolm selle graafiku puutujat, mille tõusud on −1, 1,5 ja 3.
1.Märkige iga puutuja juurde selle tõus.
2.Leidke funktsiooni f(x)
1)tuletis;
2)kasvamis- ja kahanemisvahemikud.
3.Koostage funktsiooni f(x) graafiku puutuja võrrand kohal x0=4.
Allikas: Matemaatika kitsas riigieksam 2022, ülesanne 6
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 34,7% punktidest (Harno aruanne).
Joonis
Ülesande joonis
xy0y=f(x)k=…k=…k=…
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
Valemikaart: joone puutuja võrrand
y−f(x0)=f′(x0)(x−x0)
Tuletise märgiskeem
Täitub sammus 3.
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 näitab, kui järsult puutuja tõuseb; negatiivse tõusuga puutuja on langev. Funktsioon kasvab seal, kus tuletis on positiivne, ja kahaneb seal, kus tuletis on negatiivne.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Märgi puutujate tõusud
Esimeses küsimuses tuleb jooniselt otsustada, milline puutuja millise tõusuga on. Tõus näitab, kui palju sirge tõuseb, kui liikuda ühe ühiku võrra paremale.
Ainult üks puutuja on langev (laskub vasakult paremale). Negatiivne on ainult tõus −1.
langev puutuja: k=−1
Kahest tõusvast puutujast on vasakpoolne järsem, seega on selle tõus suurem.
vasakpoolne: k=3,parempoolne: k=1,5
xy0y=f(x)k=3k=−1k=1,5
Mida suurem on positiivne tõus, seda järsemalt sirge tõuseb. Tõus 3 on suurem kui 1,5, seega kuulub tõus 3 järsemale puutujale. Tõusev sirge (k>0) läheb vasakult paremale üles, langev (k<0) alla.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 2Samm 2: Leia tuletis
Teise küsimuse esimeses osas tuleb leida funktsiooni tuletis.
Võtame tuletise liikmete kaupa. Konstandi −1 tuletis on null.
f′(x)=3x2−6⋅2x+9⋅1−0=3x2−12x+9
Kasutame valemit (xn)′=nxn−1: (x3)′=3x2, (6x2)′=6⋅2x=12x ja (9x)′=9. Summa ja vahe tuletis on liidetavate tuletiste summa ja vahe.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 2Samm 3: Leia tuletise nullkohad
Teise küsimuse teises osas tuleb leida kasvamis- ja kahanemisvahemikud. Need sõltuvad tuletise märgist, mis saab muutuda ainult tuletise nullkohtades.
Võrdsustame tuletise nulliga.
3x2−12x+9=0
Jagame võrrandi mõlemaid pooli arvuga 3.
x2−4x+3=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=−4 ja c=3.
x1;2=2⋅14±(−4)2−4⋅1⋅3=24±4=24±2
Arvutame mõlemad nullkohad.
x1=24−2=1,x2=24+2=3
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 2Samm 4: Leia kasvamis- ja kahanemisvahemikud
Funktsioon kasvab, kui f′(x)>0, ja kahaneb, kui f′(x)<0. Tuletise graafik on üles avanev parabool, mis on positiivne nullkohtadest väljaspool ja negatiivne nende vahel.
Tuletis on positiivne, kui x<1 või x>3.
X1↑=(−∞;1),X2↑=(3;∞)
Tuletis on negatiivne nullkohtade 1 ja 3 vahel.
X↓=(1;3)
xy0y=f(x)k=3k=−1k=1,513
Tuletise ruutliikme kordaja 3 on positiivne, seega on märgid vasakult paremale +, −, +. Näiteks f′(0)=9>0 ja f′(2)=12−24+9=−3<0. Sama on näha jooniselt: graafik tõuseb kuni maksimumini kohal 1, laskub miinimumini kohal 3 ja tõuseb siis uuesti. Ka puutujad sobivad: tõusvad puutujad on kasvamisvahemikes, langev puutuja kahanemisvahemikus.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 3Samm 5: Leia puutepunkt
Kolmandas küsimuses tuleb koostada puutuja võrrand kohal x0=4. Kõigepealt leiame puutepunkti teise koordinaadi.
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x0=4.
y0=f(4)=43−6⋅42+9⋅4−1=64−96+36−1=3
Kirjutame puutepunkti koordinaadid.
P(4;3)
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 3Samm 6: Leia puutuja tõus
Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis.
Asendame tuletisse x=4.
k=f′(4)=3⋅42−12⋅4+9=48−48+9=9
Tuletise geomeetriline tähendus: f′(x0) on graafiku puutuja tõus kohal x0.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 3Samm 7: Koosta puutuja võrrand
Kirjutame puutuja võrrandi üldkuju.
y−y0=k(x−x0)
Asendame x0=4, y0=3 ja k=9.
y−3=9(x−4)
Avame sulud ja viime arvu −3 paremale poole.
y=9x−36+3
Arvutame.
y=9x−33
xy0y=f(x)k=3k=−1k=1,513y=9x−33P(4;3)
Kontroll: puutuja peab läbima puutepunkti. 9⋅4−33=36−33=3, seega punkt P(4;3) on sirgel.
VASTUS
1) Vasakpoolse tõusva puutuja tõus on 3, langeva puutuja tõus −1 ja parempoolse tõusva puutuja tõus 1,5. 2) Funktsiooni tuletis on f′(x)=3x2−12x+9; funktsioon kasvab vahemikes (−∞;1) ja (3;∞) ning kahaneb vahemikus (1;3). 3) Puutuja võrrand kohal x0=4 on y=9x−33.