Lai riigieksam 2022, ülesanne 12: Parabooli ja sirgega piiratud kujundi pindala
Kujund on piiratud y-teljega, parabooliga y=−0,5x2+2x+2,5 ja sirgega y=7−x.
1.Tehke joonis ja viirutage kirjeldatud kujund.
2.Arvutage selle kujundi täpne pindala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2022, ülesanne 12
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 64,6% punktidest (Harno aruanne).
Lahenduse joonis
Selle joonise teed lahendamise käigus ise.
110xy
Valemikaart: ruutvõrrandi lahendivalem
ax2+bx+c=0
x1;2=2a−b±b2−4ac
Valemikaart: parabooli haripunkt
y=ax2+bx+c
xh=−2ab=2x1+x2
yh=f(xh)
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
Joonesta parabool nullkohtade ja haripunkti abil ning sirge kahe punkti abil. Pindala on integraal ülemise ja alumise joone vahest; rajad on y-telg ja joonte ühine punkt.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Leia parabooli nullkohad
Esimeses küsimuses tuleb teha joonis. Parabooli joonestamiseks leiame kõigepealt nullkohad.
Nullkohas on funktsiooni väärtus null.
−0,5x2+2x+2,5=0
Korrutame võrrandi mõlemaid pooli arvuga −2.
x2−4x−5=0
Kasutame lahendivalemit, kus a=1, b=−4 ja c=−5.
x1;2=24±16+20=24±6
Leiame mõlemad nullkohad.
x1=−1,x2=5
110xy−15
Korrutamine arvuga −2 muudab kordajad täisarvudeks ja ruutliikme kordaja positiivseks; lahendid jäävad samaks.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Leia parabooli haripunkt
Haripunkt asub nullkohtade keskel.
xh=2x1+x2=2−1+5=2
Asendame x=2 parabooli võrrandisse.
yh=−0,5⋅22+2⋅2+2,5=−2+4+2,5=4,5
Kirjutame haripunkti koordinaadid.
H(2;4,5)
110xy−15H(2;4,5)
Ruutliikme kordaja on negatiivne (−0,5), seega parabool avaneb alla ja haripunkt on selle kõrgeim punkt.
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Joonesta parabool
Koostame väärtuste tabeli ja ühendame punktid sujuva joonega.
Arvutame parabooli punktid. Parabool on sirge x=2 suhtes sümmeetriline.
xy−1002,51424,53442,550
110xyy=−0,5x2+2x+2,5−15H(2;4,5)
Näiteks x=0 korral y=2,5 ja x=1 korral y=−0,5+2+2,5=4. Sümmeetria tõttu on väärtused kohtadel 1 ja 3 ning 0 ja 4 võrdsed.
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Joonesta sirge
Sirge joonestamiseks piisab kahest punktist. Võtame kolm, et olla kindel.
Arvutame sirge punktid.
xy073470
110xyy=−0,5x2+2x+2,5y=7−x−15H(2;4,5)(0;7)
Sirge lõikab y-telge punktis (0;7) ja x-telge punktis (7;0). Punkt (3;4) on ka parabooli tabelis.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 1Samm 5: Viiruta kujund
Jooniselt on näha, et sirge ja parabool puutuvad punktis (3;4): mõlema tabelis on x=3 korral y=4. Kujundi piirid on vasakult y-telg, ülevalt sirge ja alt parabool kuni ühise punktini.
Kujund asub lõigul 0≤x≤3 sirge ja parabooli vahel.
0≤x≤3,−0,5x2+2x+2,5≤y≤7−x
110xyy=−0,5x2+2x+2,5y=7−x−15H(2;4,5)(0;7)P(3;4)
Kujundit piiravad kolm joont: y-telg (x=0), sirge ja parabool. Kohal x=0 on sirge kõrgusel 7 ja parabool kõrgusel 2,5, seega on sirge ülemine joon.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 2Samm 6: Arvuta joonte ühise punkti abstsiss
Teises küsimuses tuleb arvutada täpne pindala. Integreerimise ülemine raja on sirge ja parabooli ühise punkti x-koordinaat.
Ühises punktis on sirge ja parabooli väärtused võrdsed.
7−x=−0,5x2+2x+2,5
Viime kõik liikmed vasakule poole.
0,5x2−3x+4,5=0
Korrutame võrrandi mõlemaid pooli kahega.
x2−6x+9=0
Vasak pool on vahe ruut.
(x−3)2=0
Võrrandil on üks lahend.
x=3
Lahendivalemiga: x=26±36−36=3. Diskriminant on null, seega on joontel ainult üks ühine punkt: sirge puudutab parabooli.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Koosta pindala integraal
Pindala on integraal ülemise ja alumise joone vahest rajades 0 kuni 3.
S=∫03((7−x)−(−0,5x2+2x+2,5))dx
Lihtsustame integreeritava avaldise.
S=∫03(0,5x2−3x+4,5)dx
Lõigul [0;3] on sirge parabooli kohal, sest 0,5x2−3x+4,5=0,5(x−3)2≥0.
8Samm 8Peidetud
8
Küsimus 2Samm 8: Arvuta integraal
Leiame algfunktsiooni liikmekaupa.
S=(30,5x3−23x2+4,5x)03=(6x3−23x2+4,5x)03
Asendame ülemise raja 3 ja alumise raja 0 ning lahutame.
S=627−227+13,5−0=4,5−13,5+13,5=4,5
Newtoni-Leibnizi valemi järgi S=F(3)−F(0), kus F(0)=0. Pindala on täpselt 4,5=29 ruutühikut.
VASTUS
1) Joonisel on viirutatud kujund y-telje, sirge y=7−x ja parabooli vahel lõigul 0≤x≤3. 2) Kujundi täpne pindala on 4,5 ruutühikut.