Lai riigieksam 2017, ülesanne 9: Ristkülikust ja ruudust koosneva kujundi suurim pindala
Joonisel olev kujund koosneb ristkülikust ja ruudust. Ruudu külg moodustab 32 ristküliku pikemast küljest.Arvutage selle kujundi suurim võimalik pindala, kui kujundi ümbermõõt on 88 cm.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2017, ülesanne 9
Ülesande joonis
xyx>y
Valemikaart: nelinurkade pindalad
Sristku¨lik=ab,Sro¨o¨pku¨lik=ah
Strapets=2a+b⋅h,Sromb=2d1d2
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
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Kuna x>y, on ristküliku pikem külg x. Avalda ümbermõõdu kaudu y muutuja x kaudu, kirjuta pindala ühe muutuja funktsioonina ja leia selle suurim väärtus tuletise abil.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Avalda ruudu külg
Ristküliku küljed on x ja y ning x>y, seega pikem külg on x. Ruudu külg moodustab sellest kaks kolmandikku.
Kirjutame ruudu külje muutuja x kaudu.
aruut=32x
xyx>y32x
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Koosta ümbermõõdu avaldis
Kujundi ümbermõõt on välispiiri pikkus. Ristküliku ja ruudu ühine osa (katkendjoon) ei kuulu ümbermõõdu hulka. Ristküliku parema külje alumine osa on x−32x=31x.
Liidame välispiiri lõigud, alustades vasakust küljest ja liikudes päripäeva.
P=x+(y+32x)+32x+32x+31x+y
Koondame sarnased liikmed.
P=x+32x+32x+32x+31x+2y=310x+2y
Ümbermõõt on 88 cm.
310x+2y=88
xyx>y32x31x
Ülemine serv koosneb ristküliku ülemisest küljest y ja ruudu ülemisest küljest 32x. Paremal on ruudu külg 32x, all ruudu alumine külg 32x ja ristküliku parema külje alumine osa 31x. Lühemalt: ümbermõõt on ristküliku ümbermõõt 2x+2y pluss kaks ruudu külge.
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Avalda y muutuja x kaudu
Viime liikme 310x paremale poole.
2y=88−310x
Jagame mõlemaid pooli arvuga 2.
y=44−35x
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Kirjuta pindala funktsioonina
Kujundi pindala on ristküliku ja ruudu pindalade summa.
Kirjutame pindala.
S=xy+(32x)2
Asendame y=44−35x.
S(x)=x(44−35x)+94x2
Avame sulud ja koondame, kirjutades 35=915.
S(x)=44x−915x2+94x2=44x−911x2
5Samm 5Peidetud
5
Samm 5: Leia muutuja x lubatud väärtused
Kõik küljed peavad olema positiivsed ja ülesande tingimuse järgi x>y.
Tingimusest y>0 saame ülemise piiri.
44−35x>0⇒35x<44⇒x<26,4
Tingimusest x>y saame alumise piiri.
x>44−35x⇒38x>44⇒x>16,5
Seega peab x olema nende arvude vahel.
16,5<x<26,4
44⋅53=26,4 ja 44⋅83=16,5.
6Samm 6Peidetud
6
Samm 6: Leia pindala maksimumkoht
Leiame pindala funktsiooni tuletise.
S′(x)=44−911⋅2x=44−922x
Võrdsustame tuletise nulliga.
44−922x=0
Viime x-iga liikme paremale ja korrutame mõlemaid pooli arvuga 229.
x=44⋅229=18
Teine tuletis on negatiivne, seega on kohal x=18 maksimum.
S′′(x)=−922<0
Kriitiline punkt x=18 asub lubatud vahemikus (16,5;26,4). Funktsiooni S(x) graafik on alla avanev parabool, mille haripunkt on kohal x=18, seega on seal suurim väärtus kogu vahemikus.
7Samm 7Peidetud
7
Samm 7: Arvuta küljed ja suurim pindala
Arvutame ristküliku teise külje.
y=44−35⋅18=44−30=14
Arvutame ruudu külje.
aruut=32⋅18=12
Arvutame kujundi pindala.
S=18⋅14+122=252+144=396 cm2
x>y18 cm14 cm12 cmS=396 cm2
Kontroll: ümbermõõt on 310⋅18+2⋅14=60+28=88 cm ja 18>14. Sama pindala annab ka valem S(18)=44⋅18−911⋅324=792−396=396.
VASTUS
Kujundi suurim võimalik pindala on 396 cm2. See saavutatakse, kui ristküliku küljed on 18 cm ja 14 cm ning ruudu külg on 12 cm.