Lai riigieksam 2019, ülesanne 2: Graafikute võrdlus ja määratud integraal
Joonisel on funktsioonide f(x)=1,5sinx ja g(x)=πx−x2 graafikud lõigul [0;π].
1.Leidke joonise abil, kumma funktsiooni väärtused on vahemikus (0;π) suuremad. Märkige joonisele nende funktsioonide valemid.
2.Arvutage integraal 0∫π1,5sinxdx. Viirutage joonisel kujund, mille pindala selle integraali abil leidsite.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2019, ülesanne 2
Ülesande joonis
xy1230π
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
Arvuta mõlema funktsiooni väärtus lõigu keskel x=2π. Integraali jaoks leia funktsiooni 1,5sinx algfunktsioon.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Tee kindlaks, kumb graafik on kumb
Esimeses küsimuses tuleb joonise järgi otsustada, kumma funktsiooni väärtused on suuremad. Selleks peame teadma, kumb kaar on f ja kumb g. Arvutame mõlema funktsiooni väärtuse lõigu keskel x=2π, kus mõlemal kaarel on tipp.
Funktsiooni f väärtus: sin2π=1.
f(2π)=1,5⋅sin2π=1,5⋅1=1,5
Funktsiooni g väärtus.
g(2π)=π⋅2π−(2π)2=2π2−4π2=4π2≈2,47
xyg(x)=πx−x2f(x)=1,5sinx1230π
Siinuse suurim väärtus on 1, seega f(x)=1,5sinx ei ole kunagi suurem kui 1,5. Madalama kaare tipp on joonisel kõrgusel 1,5, see on f. Kõrgema kaare tipp on umbes 2,5, see on g.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Võrdle graafikuid
Joonisel on g graafik kogu vahemikus (0;π) ülalpool f graafikut. Graafikud puutuvad kokku ainult lõigu otstes.
Kõrgemal oleva graafiku funktsiooni väärtused on suuremad.
g(x)>f(x),kui x∈(0;π)
xyg(x)=πx−x2f(x)=1,5sinx1230π
Mida kõrgemal on graafiku punkt, seda suurem on funktsiooni väärtus selles kohas. Otspunktides 0 ja π on mõlema funktsiooni väärtus 0, seepärast küsitakse vahemikku (0;π), mitte lõiku.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 2Samm 3: Leia algfunktsioon
Teises küsimuses tuleb arvutada määratud integraal. Kõigepealt leiame funktsiooni 1,5sinx algfunktsiooni.
Konstantne tegur 1,5 jääb integraali ette ja sinx algfunktsioon on −cosx.
Newtoni-Leibnizi valemi järgi on määratud integraal algfunktsiooni väärtuste vahe ülemisel ja alumisel rajal.
Kirjutame valemi üldkujul.
∫abf(x)dx=F(b)−F(a)
Asendame algfunktsiooni ja rajad 0 ja π.
∫0π1,5sinxdx=[−1,5cosx]0π=−1,5cosπ−(−1,5cos0)
Kasutame väärtusi cosπ=−1 ja cos0=1.
−1,5cosπ−(−1,5cos0)=−1,5⋅(−1)+1,5⋅1=1,5+1,5=3
Alumisel rajal on algfunktsiooni väärtus −1,5cos0=−1,5. Selle lahutamisel muutub märk: −(−1,5)=+1,5.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Viiruta kujund
Lõigul [0;π] on f(x)=1,5sinx≥0, seega on integraal võrdne pindalaga, mida piiravad funktsiooni f graafik ja x-telg.
Viirutatud kujundi pindala on leitud integraal.
S=∫0π1,5sinxdx=3
xyg(x)=πx−x2f(x)=1,5sinx1230πS=3
Kui funktsioon on lõigul mittenegatiivne, on tema määratud integraal võrdne graafiku ja x-telje vahele jääva kujundi pindalaga. Viirutada tuleb ainult madalama kaare alune osa, mitte g graafiku alune ala.
VASTUS
1) Vahemikus (0;π) on suuremad funktsiooni g(x)=πx−x2 väärtused (kõrgem kaar on g, madalam f). 2) Integraal on 3. See on funktsiooni f(x)=1,5sinx graafiku ja x-telje vahele jääva kujundi pindala.