MAA8.2 koe ja ratkaisut välivaiheineen (PDF)
Transcription
MAA8.2 koe ja ratkaisut välivaiheineen (PDF)
MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti A-Osio: Ei saa käyttää laskinta. MAOL saa olla alusta asti käytössä. Maksimissaan 1h aikaa suorittaa AOsio. Laske seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi. Laskettuasi kaksi tehtävää, palauta A-osio opettajalle, jolloin saat ottaa laskimen käyttöön ja siirtyä tekemään B-osiota. A1 a. Laske: log3 45 log3 10 log3 2 (2p) log 2 ( x 3) log 2 ( x 5) 3 b. Ratkaise yhtälö (4p) 6p A2 a. Mikä on funktion b. A3 Ratkaise yhtälö: ln( x 2 9) f ( x) 5 x 2 määrittelyjoukko? (2p) 3e6 x 1 2 (4p) 6p Derivoi funktiot f(x) ja g(x): a. b. f ( x) 3 ln(3x 3 2 x) g ( x) e3 x 2 4x 1 6p xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx Mallikuva tehtävään B8: MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti B-Osio, saa käyttää laskinta. Laske tehtävistä B4-B8 neljä: B4 a. Ratkaise yhtälö: 2x 2 4x 6 2 2x b. Määritä funktion f(t) suurin ja pienin arvo, kun f (t ) 3 25 t 2 6p B5 a. Osoita, että funktio f (x) = x ln x + 1 saa vain positiivisia arvoja. b. Määritä funktion f ( x) x 2 ln x ääriarvokohdat ja ääriarvot. Anna molemmista tarkat arvot. 6p B6 Erittäin radioaktiivisen radiumin määrä N (t ) N0 ebt N 0 (=määrä alussa) pienenee määrään N kaavan mukaisesti, missä t on aika vuosina ja b on radiumin vähenemiseen liittyvä vakio. Radiumin puoliintumisaika on 1580 vuotta. a. Kuinka kauan kestää radiumin määrän pieneneminen kymmenesosaan alkuperäisestä? b. Jos radiumia pääsee luontoon 5 kg, määritä millä nopeudella tämä määrä vähenee 10 vuoden kuluttua päästöstä. 6p B7 Äänenvoimakkuutta L (yksikkö desibeli dB) mitataan kaavalla I I L 10 lg , missä I0 12 ja I 0 1, 0 10 (niin sanottu kuulokynnyksen verrokkiluku). P = äänen teho (W) ja A = A pinta-ala jolle ääni kohdistuu. Kuulon kipukynnys on 120dB. Autostereoiden teho on 12 W ja äänen voi ajatella auton sisällä kohdistuvan 8m2 alalle. Kuinka suuri on äänenvoimakkuus? Ilmoita tarkka vastaus sekä likiarvo yhden kymmenyksen tarkkuudella. b. Mikä stereoiden teho pitäisi olla, jotta kuulon kipukynnys ei ylittyisi? 6p a. B8 Järven yli kulkee suora jäätie. Matti lähtee moottorikelkalla rannasta tavoitteena saari, jonka lyhin etäisyys jäätiestä on 800 m. Tämä lähin kohta jäätiestä on puolestaan 3,4 km päässä rannasta. Moottorikelkka kulkee jäätiellä 65 km/h ja tien ulkopuolella 45 km/h. Mikä on nopein reitti rannasta saareen ? 6p Bonustehtävä +3p: Määritä funktion määrittelyjoukko. f ( x) ln(e x 2) käänteisfunktio ja esitä käänteisfunktion MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti Ratkaisut: A1 a) log 3 45 log 3 10 log 3 2 log 3 log 3 45 45 log 3 2 log 3 ( 2) 10 10 90 log 3 9 2 10 b) log 2 ( x 3) log 2 ( x 5) 3 log 2 (( x 3)( x 5)) 3 log 2 ( x 2 8 x 15) 3 23 x 2 8 x 15 8 x 2 8 x 15 (8) (8) 2 4 1 7 0 x 8x 7 x 2 8 64 28 8 36 8 6 x1 7 2 2 2 x2 1 2 A2 a) ln( x 2 9) f ( x) 5x 2 Logaritmia ei voi ottaa negatiivisesta luvusta, joten x luvusta, sekä lisäksi jakaja ei saa olla 0, eli 5x 2 0 1) x2 9 0 2 9 0 ja neliöjuurta ei voi ottaa negatiivisesta => Ratkaisu kuvaajasta. Ylöspäin aukeava parabeli, jonka nollakohdat ovat: x2 9 0 x 3 tai x 3 => x2 9 0 kun x 3 tai 3 x 2) 5 x 2 0 5 x 2 x 2 5 Yhdistetään kohdat 1) ja 2) => f(x) on määritelty, kun x 3 MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti b) 3e6 x 1 2 : 3 e6 x 1 2 ln 3 ln e6 x 1 ln 2 2 2 (6 x 1) ln e ln 6 x 1 ln 3 3 3 2 1 6 x ln 2 ln 3 1 : 6 3 ln 2 ln 3 1 x 6 6 x ln A3 a) f ( x) 3ln(3x3 2 x) 9 x 2 2 27 x 2 6 f '( x) 3 3 3x 2 x 3x3 2 x b) g ( x ) e3 x 2 g '( x) De 6 xe B4 a) 3 x2 4x 1 3 x2 4x 1 D 4x 1 e 3 x2 De 3 x2 1 2 4 x 1 D(4 x 1) e3 x 1 2 2 1 2 4 x 1 (4 x 1) 2 4 e3 x e3 x (6 x 4 x 1 ) 2 4x 1 2x 2 4x 6 2 2x Määritelty kun neliöjuuren sisus ei ole negatiivinen ja neliöjuuren vastaus ei ole negatiivinen: 2 x2 4 x 6 0 ja 2 2 x 0 2 x2 4 x 6 0 vastaus kuvaajasta! Ylöspäin aukeava paraabeli, jonka nollakohdat laskimesta: Ei nollakohtia. => Neliöjuuren sisusta on aina posit. kaikilla x:n arvoilla. (paraabeli ylöspäinaukeava, ei nollakohtia => pakko olla aina x-akselin yläpuolella eli funktion arvot aina positiivisia). Näin ainoa määrittelyehto on, että 2 2 x 0 2 2 x 1 x Ratkaistaan yhtälö: 2 MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti 2 x 2 4 x 6 2 2 x () 2 2 x 2 4 x 6 (2 2 x) 2 2x2 4x 6 4 8x 4 x2 x1 1 2 2 x 4 x 2 0 x2 1 2 2 Määrittelyehdon toteuttaa ainoastaan x1, joten vastaus: x 1 2 b) Ääriarvot f (t ) 3 25 t 2 Funktio on määritelty, kun neliöjuuren sisusta ei ole negatiivinen: 25 t 2 0 Ratkaisu kuvaajasta! Alaspäin aukeava paraabeli, jonka nollakohdat -5 ja 5. Funktio saa positiivisia arvoja välillä [-5,5] , joten ääriarvoja haetaan tältä suljetulta väliltä. Ääriarvot derivaatan nollakohdista: 1 2 2 f (t ) 3 25 t 3(25 t ) 2 1 1 2 2 f '(t ) 3 (25 t ) (2t ) 3t 2 3t 25 t 2 1 1 2 2 (25 t ) 3t 25 t 2 0 3t 0 t 0 Yksi derivaatan nollakohta. Tutkitaan merkkikaaviossa, mikä ääriarvo on kyseessä. sijoitetaan derivaattaan jotakin mielivaltaisia kokeiluarvoja nollakohdan t=0 läheisyydestä: f’(-3)= 3 (3) 25 (3) 2 9 ja f’(3)= 4 3 3 25 3 2 9 4 MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti On löydetty siis max. kohta kun t=0 => Max arvo: f (0) 3 25 02 3 5 15 Minimikohdat näyttävät olevan suljetun välin päätepisteissä. Tarkastetaan laskemalla funktion arvot päätepisteissä t=-5 ja t=5. f (5) 3 25 (5) 2 3 0 0 => Min. arvo f(-5)=f(5)=0. f (5) 3 25 52 3 0 0 B5 a) Funktio on jatkuva ja määritelty muuttujan arvoilla x > 0 f (x) = ⟹ x ln x + 1 ⟺ ln x = – 2 ln x 1 ln x 2 ln x x = = =0 x 2 x 2 x x 2 x ln x + 2 = 0 1 e2 –––– ++++ Funktio saa pienimmän arvonsa muuttujan arvolla x = 1 f 2 = e ⟺ 1 e2 x= 0 f ’(x) f (x) f ’(x) = 1 e2 2 1 1 + 1 ≈ 0,264 > 0 ln 2 + 1 = 2 e e e Funktion pienin arvo on positiivinen, joten sen kaikki arvot ovat positiivisia. Vastaus: Väite on osoitettu oikeaksi b) Ratkaisu: Funktio on jatkuva ja derivoituva määrittelyjoukossaan x>0. Mahdollinen pienin arvo löytyy derivaatan nollakohdasta, mikäli pienin arvo on olemassa. f `( x) 2 x ln x x 2 1 x(2 ln x 1) . Derivaatta on nolla, kun x=0 tai 2lnx+1=0 (tulon x nollasääntö). Saadaan x=0 tai x e 1 2 1 e 0,61. Vain jälkimmäinen kuuluu määrittelyjoukkoon. Koska f`(0,1)<0 ja f`(1)>0, niin ko. nollakohta on ainoana miniminä pienin arvo ja se on f (e 1 2 1 2 ) (e ) ln e 2 1 2 1 1 e 1 ( ) . 2 2e MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti B6 N (t ) N0 ebt . Määrä puolittuu 1580 vuodessa => 1 N N e b1580 : N 2 1 e b1580 ln 2 1 1 ln ln e b1580 ln b1580 ln e ln1 ln 2 b1580 : (1580) 2 2 0 ln 2 ln 2 bb ( 0, 0004387) 1580 1580 Käytetään b:n tarkkaa arvoa, jotta saadaan vastauksista tarkkoja: a) kymmenesosaan: ln 2 t 1 N N e 1580 : N 10 ln 2 t 1 e 1580 ln 10 ln 2 t 1 1 ln 2 ln 2 ln 2 ln ln e 1580 ln t ln e ln1 ln10 t : ( ) 10 10 1580 1580 1580 0 ln10 1580 ln10 tt ( 5248, 65) ln 2 ln 2 1580 Eli aineen väheneminen kymmenesosaan alkuperäisestä kestää noin 5249 vuotta. Sitkas pirulainen! b) Alkumäärä N0 on 5kg. Vähenemisen nopeus on muutosnopeutta, eli derivoidaan funktio N (t ) 5 e N '(t ) 5e ln 2 t 1580 ln 2 t 1580 ln 2 t ln 2 5ln 2 1580 ( ) e 1580 1580 Ja lasketaan nyt muutosnopeus, kun t=10: ln 2 ln 2 1 10 ln 2 5ln 2 1580 ln 2 158 ln 2 158 ln 2 ln 2158 e e e e 1580 316 316 316 1 ln 2 158 ln 2 1 ln 2 2 1 ( 0, 002184)kg / vuosi 316 316 158 316 158 2 2 1 N '(10) No joo, sieventäminen riistäytyi mulla hieman hallinnasta. Kunhan N’(10) on jokin järkevä tarkka muoto ja desimaali on kohdillaan, niin saa pisteet. 12 12 L 10 lg 812 10(lg lg1012 10(lg12 lg 8 ( 12) lg10) B7 a) 8 10 10(lg12 lg 8 12) 120 10 lg12 10 lg 8 121,8dB MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti b) P P 120 10 lg 812 120 10(lg lg1012 ) 120 10(lg P lg 8 12) 8 10 120 10 lg P 10 lg 8 120 120 0 10 lg P 10 lg 8 10 lg 8 10 lg P :10 lg 8 lg P 10() korotetaan 10 potensseihin 10lg8 10lg P 8 P Tehon täytyy olla pienempi kuin 8W. B8 Ratkaisu: Olkoon piste A se jäätien piste, josta käännytään kohti saarta. Olkoon S saari, R rannan piste, josta jäätie alkaa, ja L jäätien lähinnä saarta oleva piste. Valitaan muuttujaksi x AL . Tällöin RA 3,4 x ja AS x 2 0,82 (suorakulmaisesta kolmiosta Pythagoraan lauseella). Nyt voimme muodostaa funktion, joka ilmoittaa kokonaisajan rannasta saareen: 3,4 x t ( x) 65 45 65 RA AS 1 x 2 0,8 2 3,4 1 1 2 2 2 x ( x 0,8 ) . 45 65 65 45 t (x) on määritelty ja derivoituva kaikkialla, mutta riittää tutkia suljettua väliä 0;3,4 . t ( x) 65 x 45 x 2 0,64 1 1 1 1 x ( x 2 0,64) 2 2 x 0 , kun 65 45 2 65 45 x 2 0,64 65 45 x 2 0,64 1 45 x 2 0,64 = 65 x . Koska yhtälön molemmat puolet ovat tarkasteltavalla välillä ei- negatiivisia, niin yhtälö voidaan korottaa puolittain neliöön. Tällöin saadaan MAA8 Koe 25.3.2014 Jussi Tyni Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti 2025x 2 1296 4225x 2 ja edelleen x 2 1296 162 162 , joten x 0,76752 2200 275 5 11 ( negatiivinen nollakohta ei ole tarkasteltavalla välillä ). Lasketaan lopuksi funktion arvo sekä välin päätepisteissä että derivaatan nollakohdassa: t (0) 0,070 , t (3,4) 0,078 ja t ( 162 5 11 ) 0,065 . Siis funktion pienin arvo on derivaatan nollakohdassa, jolloin 3,4km – 0,77km = 2,63km. Vastaus: Matin kannattaa ajaa jäätietä 2630 metriä ja kääntyä siitä suoraan kohti saarta. Bonustehtävä: f ( x) ln(e x 2) y ln(e x 2) e y e x 2 e x e y 2 ln ln e x ln(e y 2) x ln(e y 2) Joten käänteisfunktio f 1 ( y) ln(e y 2) . Logaritmia ei voi ottaa negatiivisesta luvusta, joten käänteisfunktio on määritelty, kun ey 2 0 e y 2 ln ln e y ln 2 y ln 2