Lai riigieksam 2021, ülesanne 6: Kuupfunktsiooni ekstreemumid ja puutuja
On antud funktsioon f(x)=x2(2−31x).
1.Leidke selle funktsiooni
1)ekstreemumkohad ja määrake nende liik;
2)kasvamis- ja kahanemisvahemikud.
2.Funktsiooni f(x) graafikule on punkti P joonestatud puutuja, mille tõus on 4. Leidke punkti P koordinaadid.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2021, ülesanne 6
Funktsiooni graafik
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
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: abivalemid
a2−b2=(a−b)(a+b)
(a+b)2=a2+2ab+b2
(a−b)2=a2−2ab+b2
Tuletise märgiskeem
Täitub sammus 2.
Sinu vastus
Proovi ise enne
Lahendus on peidus. Ava nii palju, kui parajasti vaja.
1. Vihje
2. 1. samm
3. Kogu lahendus
Vihje
Kirjuta funktsioon enne tuletamist ilma sulgudeta. Ekstreemumkohtades on tuletis null ja muudab märki. Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1.1Samm 1: Leia tuletis
Esimeses küsimuses tuleb leida ekstreemumkohad. Need on kohad, kus tuletis on null ja muudab märki. Selleks avame kõigepealt sulud, siis on lihtsam tuletada.
Korrutame x2 sulgude mõlema liikmega.
f(x)=x2(2−31x)=2x2−31x3
Võtame tuletise liikmete kaupa.
f′(x)=2⋅2x−31⋅3x2=4x−x2
Kasutame valemit (xn)′=nxn−1: (x2)′=2x ja (x3)′=3x2. Konstantne kordaja jääb tuletises alles, seega (31x3)′=31⋅3x2=x2.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1.1Samm 2: Leia tuletise nullkohad
Võrdsustame tuletise nulliga.
4x−x2=0
Toome x sulgude ette.
x(4−x)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
x1=0,x2=4
Tuletise nullkohti nimetatakse kriitilisteks punktideks. Ekstreemum on seal ainult siis, kui tuletis muudab märki.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1.1Samm 3: Määra ekstreemumite liik
Tuletis f′(x)=−x2+4x on alla avanev parabool, seega on see positiivne nullkohtade vahel ja negatiivne väljaspool. Kontrollime märke punktides.
Tuletise märk vasakul, kohal x=−1.
f′(−1)=4⋅(−1)−(−1)2=−4−1=−5<0
Tuletise märk nullkohtade vahel, kohal x=1.
f′(1)=4⋅1−12=3>0
Tuletise märk paremal, kohal x=5.
f′(5)=4⋅5−52=20−25=−5<0
Kohal x=0 muutub märk miinusest plussiks, seal on miinimum. Arvutame ka funktsiooni väärtuse.
xmin=0,f(0)=0
Kohal x=4 muutub märk plussist miinuseks, seal on maksimum.
xmax=4,f(4)=42(2−34)=16⋅32=332=1032
110xyy=f(x)minmax(4;1032)
Kui funktsioon enne kohta kahaneb ja pärast kasvab, on seal miinimum; kui enne kasvab ja pärast kahaneb, on seal maksimum. Sama annab teine tuletis f′′(x)=4−2x: f′′(0)=4>0 (miinimum) ja f′′(4)=−4<0 (maksimum).
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1.2Samm 4: Kirjuta kasvamis- ja kahanemisvahemikud
Funktsioon kasvab, kus tuletis on positiivne, ja kahaneb, kus tuletis on negatiivne.
Tuletis on positiivne nullkohtade vahel.
X↑=(0;4)
Tuletis on negatiivne nullist vasakul ja neljast paremal.
X↓=(−∞;0) ja (4;∞)
Kahanemisvahemikke on kaks ja need kirjutatakse eraldi, sest nende vahel funktsioon kasvab.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 2Samm 5: Leia puutepunkti abstsiss
Teises küsimuses on puutuja tõus 4. Puutuja tõus on tuletise väärtus puutepunktis, seega lahendame võrrandi f′(x)=4.
Võrdsustame tuletise arvuga 4.
4x−x2=4
Viime kõik liikmed paremale poole.
x2−4x+4=0
Vasakul on vahe ruut, kus esimene liige on x ja teine liige 2.
(x−2)2=0
Ruut on null ainult siis, kui alus on null.
x=2
Lahendivalemiga saab sama: D=16−16=0, seega on üks lahend x=24=2. Tõusuga 4 puutujaid on ainult üks.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Leia puutepunkti ordinaat
Arvutame funktsiooni väärtuse kohal x=2.
f(2)=22(2−31⋅2)=4⋅34=316=531
Kirjutame punkti koordinaadid.
P(2;531)
110xyy=f(x)minmax(4;1032)y=4x−38P(2;531)
2−32=34. Puutuja võrrand oleks y−316=4(x−2) ehk y=4x−38; see on joonisel.
VASTUS
1) Funktsiooni miinimumkoht on x=0 ja maksimumkoht x=4. Funktsioon kasvab vahemikus (0;4) ning kahaneb vahemikes (−∞;0) ja (4;∞). 2) Punkti P koordinaadid on P(2;531).