Lai riigieksam 2024, ülesanne 10: Suurima ruumalaga püstprisma
Püstprisma põhjaks on ristkülik, mille ümbermõõt on 12 cm. Prisma külgserv ja pikem põhiserv on võrdse pikkusega.
1.Arvutage prisma põhiservade pikkused, mille korral on prisma ruumala maksimaalne.
2.Arvutage prisma maksimaalne ruumala.
Allikas: Matemaatika lai riigieksam 2024, ülesanne 10
Eksamil said tegijad selle ülesande eest keskmiselt 49,4% punktidest (Harno aruanne).
Valemikaart: püstprisma
V=Sp⋅h
St=2Sp+Sk
Sk=P⋅h,P on po˜hja u¨mbermo˜o˜t
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
Tähista pikem põhiserv tähega a. Siis on külgserv samuti a ja lühem põhiserv avaldub ümbermõõdu kaudu. Koosta ruumala funktsioon ja leia selle maksimum tuletise abil.
1Samm 1Peidetud
1
Küsimus 1Samm 1: Tähista servad
Esimeses küsimuses tuleb leida põhiservad, mille korral ruumala on suurim. Tähistame pikema põhiserva tähega a ja lühema tähega b. Külgserv ehk prisma kõrgus on samuti a.
Ristküliku ümbermõõt on 12 cm.
2(a+b)=12
Jagame võrrandi arvuga 2 ja avaldame b.
a+b=6⇒b=6−a
Lühem serv peab olema positiivne ja a peab olema pikem serv (a≥b).
6−a>0 ja a≥6−a⇒3≤a<6
a6−aa
Lohista, et pöörata
Ruumala on vaja avaldada ühe muutuja kaudu. Kõik kolm mõõdet on nüüd avaldatud tähe a kaudu: a, 6−a ja a. Tingimus a≥3 tuleb sellest, et a on pikem põhiserv.
2Samm 2Peidetud
2
Küsimus 1Samm 2: Koosta ruumala funktsioon
Püstprisma ruumala on põhja pindala korda kõrgus.
V=Sp⋅h
Põhja pindala on a(6−a) ja kõrgus a.
V(a)=a(6−a)⋅a=6a2−a3
3Samm 3Peidetud
3
Küsimus 1Samm 3: Leia tuletis
Võtame tuletise liikmete kaupa astme tuletise valemiga.
V′(a)=6⋅2a−3a2=12a−3a2
4Samm 4Peidetud
4
Küsimus 1Samm 4: Leia tuletise nullkohad
Ekstreemumkohas on tuletis null.
12a−3a2=0
Toome 3a sulgude ette.
3a(4−a)=0
Korrutis on null, kui üks teguritest on null.
a=0vo˜ia=4
Väärtus a=0 ei sobi, sest serva pikkus peab olema positiivne (ja 3≤a<6). Jääb a=4.
5Samm 5Peidetud
5
Küsimus 1Samm 5: Kontrolli, et see on maksimum
Leiame teise tuletise.
V′′(a)=12−6a
Arvutame teise tuletise väärtuse kohal a=4.
V′′(4)=12−6⋅4=−12<0
Kui teine tuletis on ekstreemumkohas negatiivne, on seal maksimum. Ka otspunktis on ruumala väiksem: V(3)=9⋅3=27<32. Seega on a=4 korral ruumala suurim.
6Samm 6Peidetud
6
Küsimus 1Samm 6: Leia põhiservad
Pikem põhiserv on a=4 ja lühem põhiserv arvutame avaldisest b=6−a.
b=6−4=2 (cm)
4 cm2 cm4 cm
Lohista, et pöörata
Külgserv on sama pikk kui pikem põhiserv ehk samuti 4 cm.
7Samm 7Peidetud
7
Küsimus 2Samm 7: Arvuta maksimaalne ruumala
Teises küsimuses tuleb leida suurim ruumala. Asendame ruumala valemisse leitud mõõtmed.
Põhja servad on 4 cm ja 2 cm ning kõrgus 4 cm.
V=4⋅2⋅4=32(cm3)
Sama tulemuse annab funktsioon: V(4)=6⋅42−43=96−64=32.
VASTUS
1) Ruumala on maksimaalne, kui prisma põhiservad on 4 cm ja 2 cm. 2) Prisma maksimaalne ruumala on 32 cm3.