Lai riigieksam 2018, ülesanne 10: Sirge, parabooli ja x-teljega piiratud pindala
Joonisel on sirge y=x ja parabool y=x2−4x+4. Arvutage joonisel viirutatud kujundi pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2018, ülesanne 10
Ülesande joonis
xyy=xy=x2−4x+40
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]
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Kujundi ülemine piir muutub lõikepunktis (1;1). Jaga kujund selle koha pealt kaheks osaks ja arvuta kummagi pindala integraaliga.
1Samm 1Peidetud
1
Samm 1: Leia sirge ja parabooli lõikepunktid
Kõigepealt on vaja teada, kus sirge ja parabool lõikuvad. Lõikepunktis on mõlema joone y väärtus sama.
Võrdsustame võrrandite paremad pooled.
x2−4x+4=x
Viime x vasakule poole.
x2−5x+4=0
Kirjutame ruutvõrrandi lahendivalemi, kus a=1, b=−5 ja c=4.
x1;2=2a−b±b2−4ac=25±25−16=25±3
Arvutame lahendid.
x1=1,x2=4
xyy=xy=x2−4x+40(1;1)(4;4)1
Lõikepunktid on (1;1) ja (4;4), sest sirgel y=x. Viirutatud kujundi juures on vasakpoolne lõikepunkt (1;1): seal vahetub kujundi ülemine piir sirgest parabooliks.
2Samm 2Peidetud
2
Samm 2: Leia parabooli ja x-telje ühine punkt
Kujundi parem ots on seal, kus parabool jõuab x-teljele.
Parabooli valem on vahe ruut.
x2−4x+4=(x−2)2
Ruut on null ainult siis, kui alus on null.
(x−2)2=0⇒x=2
xyy=xy=x2−4x+40(1;1)(4;4)12
Parabooli haripunkt on (2;0) ja parabool puudutab x-telge selles punktis. Mujal on (x−2)2>0, seega parabool on x-teljest ülalpool.
3Samm 3Peidetud
3
Samm 3: Arvuta esimese osa pindala
Jagame kujundi sirgega x=1 kaheks osaks. Lõigul [0;1] on kujundi ülemine piir sirge y=x ja alumine piir x-telg.
Kirjutame pindala integraalina.
S1=∫01xdx
Funktsiooni x algfunktsioon on 2x2. Asendame rajad.
S1=[2x2]01=212−202=21
xyy=xy=x2−4x+40(1;1)(4;4)12S1
See osa on täisnurkne kolmnurk kaatetitega 1 ja 1, seega S1=21⋅1=21, nagu integraaliga.
4Samm 4Peidetud
4
Samm 4: Arvuta teise osa pindala
Lõigul [1;2] on kujundi ülemine piir parabool ja alumine piir x-telg.
Kirjutame pindala integraalina.
S2=∫12(x2−4x+4)dx
Leiame algfunktsiooni liikmekaupa.
∫(x2−4x+4)dx=3x3−2x2+4x+C
Kirjutame Newtoni-Leibnizi valemi.
∫abf(x)dx=F(b)−F(a)
Asendame ülemise raja 2 ja alumise raja 1.
S2=(38−8+8)−(31−2+4)=38−37=31
xyy=xy=x2−4x+40(1;1)(4;4)12S1S2
x2 algfunktsioon on 3x3, −4x algfunktsioon on −2x2 ja 4 algfunktsioon on 4x. Alumisel rajal: 31−2+4=31+2=37.
5Samm 5Peidetud
5
Samm 5: Liida osade pindalad
Viirutatud kujundi pindala on kahe osa pindalade summa. Viime murrud ühisele nimetajale 6.
S=S1+S2=21+31=63+62=65
xyy=xy=x2−4x+40(1;1)(4;4)12S=65
65≈0,83.
VASTUS
Viirutatud kujundi pindala on 65≈0,83 ruutühikut.