R1 Høst 2022

Last ned eksamenssettet som PDF. Oppgavene er hentet fra Utdanningsdirektoratet.

Første nedlasting kjører en bot-sjekk i nettleseren (Vercel BotID). Mer i personvernerklæringen.

LK20 12 oppgaver 5 timer

0 av 12 klart

Ikke prøvd Prøvd Trenger hjelp Klart

Del 1 — uten hjelpemidler · 1 time · 5 oppgaver

Oppgave 1-1 : Omvendt funksjon av x^4 og eksponentialfunksjon

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Avgjør for hver av funksjonene nedenfor om den har en omvendt funksjon. Husk å begrunne svaret.

f(x)=x4f(x) = x^4, Df=RD_f = \mathbb{R}

g(x)=e(x2)2g(x) = e^{-(x-2)^2}, Dg=[2,D_g = [2, \to\rangle

Fasit

f(x)=x4f(x) = x^4 har ikke omvendt funksjon på Df=RD_f = \mathbb{R}.

g(x)=e(x2)2g(x) = e^{-(x-2)^2} har omvendt funksjon på Dg=[2,D_g = [2, \to\rangle. Den omvendte funksjonen er g1(x)=2+lnxg^{-1}(x) = 2 + \sqrt{-\ln x}, Dg1=0,1]D_{g^{-1}} = \langle 0, 1].

LøsningsforslagKI-generert

En funksjon har omvendt funksjon hvis og bare hvis den er injektiv (én-til-én), det vil si at ulike xx-verdier alltid gir ulike funksjonsverdier.

Vi ser at

f(1)=14=1ogf(1)=(1)4=1f(1) = 1^4 = 1 \quad \text{og} \quad f(-1) = (-1)^4 = 1

Her er f(1)=f(1)f(1) = f(-1), men 111 \neq -1. Siden to ulike xx-verdier gir samme funksjonsverdi, er ff ikke injektiv på R\mathbb{R}.

f(x)=x4f(x) = x^4 har derfor ingen omvendt funksjonDf=RD_f = \mathbb{R}.


Vi undersøker om g(x)=e(x2)2g(x) = e^{-(x-2)^2} er injektiv på Dg=[2,D_g = [2, \to\rangle.

Deriverer:

g(x)=2(x2)e(x2)2g'(x) = -2(x-2) \cdot e^{-(x-2)^2}

For x>2x > 2 er (x2)>0(x-2) > 0, og siden e(x2)2>0e^{-(x-2)^2} > 0 alltid, får vi

g(x)=2(x2)e(x2)2<0g'(x) = -2(x-2) \cdot e^{-(x-2)^2} < 0

gg er altså strengt avtakende på [2,[2, \to\rangle. En strengt monoton funksjon er injektiv, så gg har omvendt funksjon.

Vi finner den omvendte funksjonen ved å bytte om xx og yy og løse for yy:

x=e(y2)2x = e^{-(y-2)^2} lnx=(y2)2\ln x = -(y-2)^2 (y2)2=lnx(y-2)^2 = -\ln x y2=lnxy - 2 = \sqrt{-\ln x}

(Positiv rot siden y2y \geq 2DgD_g.)

y=2+lnxy = 2 + \sqrt{-\ln x}

Definisjonsmengde for g1g^{-1}: Verdimengden til gg[2,[2, \to\rangle blir definisjonsmengden til g1g^{-1}. Vi har g(2)=e0=1g(2) = e^0 = 1 og g(x)0g(x) \to 0 når xx \to \infty, så verdimengden til gg er 0,1]\langle 0, 1].

Dermed:

g1(x)=2+lnx,Dg1=0,1]g^{-1}(x) = 2 + \sqrt{-\ln x}, \quad D_{g^{-1}} = \langle 0, 1]

Oppgave 1-2 : Grenseverdi av differenskvotient i punkt 4

Bestem grenseverdien

limh0(4+h)242h\lim_{h \to 0} \frac{(4+h)^2 - 4^2}{h}
LøsningsforslagKI-generert

Vi utvider og forenkler telleren algebraisk:

limh0(4+h)242h=limh016+8h+h216h=limh08h+h2h\lim_{h \to 0} \frac{(4+h)^2 - 4^2}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{16 + 8h + h^2 - 16}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{8h + h^2}{h}

Vi faktoriserer hh i telleren og forkorter:

=limh0h(8+h)h=limh0(8+h)= \lim_{h \to 0} \frac{h(8 + h)}{h} = \lim_{h \to 0} (8 + h)

Nå kan vi sette inn h=0h = 0:

=8+0=8= 8 + 0 = 8

Grenseverdien er 88, og dette er per definisjon den deriverte av f(x)=x2f(x) = x^2 i punktet x=4x = 4.

Oppgave 1-3 : Sammenlign tre uttrykk med rot, lg og ln

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilke av tallene er mindre enn 10? Husk å begrunne svarene.

31110lg95ln93\sqrt{11} \qquad 10\lg 9 \qquad 5\ln 9
Fasit

3113\sqrt{11} og 10lg910\lg 9 er mindre enn 10. 5ln95\ln 9 er større enn 10.

LøsningsforslagKI-generert

3113\sqrt{11}: Vi sammenligner ved å kvadrere begge sider (begge er positive):

(311)2=911=99<100=102\left(3\sqrt{11}\right)^2 = 9 \cdot 11 = 99 < 100 = 10^2

Siden 99<10099 < 100, er 311<103\sqrt{11} < 10. ✓

10lg910\lg 9: Vi deler begge sider på 10 og sammenligner lg9\lg 9 med 1:

lg9<lg10=1\lg 9 < \lg 10 = 1

siden lg\lg er en voksende funksjon og 9<109 < 10. Derfor er 10lg9<1010\lg 9 < 10. ✓

5ln95\ln 9: Vi deler begge sider på 5 og sammenligner ln9\ln 9 med 2:

ln9>?2=lne2\ln 9 \stackrel{?}{>} 2 = \ln e^2

Vi vet at e2,718e \approx 2{,}718, så e27,39<9e^2 \approx 7{,}39 < 9. Siden ln\ln er voksende og 9>e29 > e^2, er ln9>2\ln 9 > 2. Dermed er 5ln9>105\ln 9 > 10. ✗

Oppgave 1-4 : Vinkel APB og punkt Q på linje gjennom P

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Vi har gitt punktene A(1,1)A(1, 1), B(9,7)B(9, 7) og P(5,9)P(5, 9).

Vis at APB=90°\angle APB = 90\degree.

En linje \ell er parallell med AB\overrightarrow{AB} og går gjennom punktet PP.

Det er også et annet punkt QQ\ell som er slik at AQB=90°\angle AQB = 90\degree.

Bestem koordinatene til QQ.

Fasit

PAPB=0\overrightarrow{PA} \cdot \overrightarrow{PB} = 0, så APB=90°\angle APB = 90\degree

Q=(15, 275)Q = \left(\dfrac{1}{5},\ \dfrac{27}{5}\right)

LøsningsforslagKI-generert

Vi bruker prikkproduktet til å vise at APB=90°\angle APB = 90\degree. To vektorer er vinkelrette hvis og bare hvis prikkproduktet er null.

Vi regner ut vektorene fra PP til henholdsvis AA og BB:

PA=AP=(15, 19)=(4, 8)\overrightarrow{PA} = A - P = (1-5,\ 1-9) = (-4,\ -8) PB=BP=(95, 79)=(4, 2)\overrightarrow{PB} = B - P = (9-5,\ 7-9) = (4,\ -2)

Prikkproduktet er:

PAPB=(4)4+(8)(2)=16+16=0\overrightarrow{PA} \cdot \overrightarrow{PB} = (-4) \cdot 4 + (-8) \cdot (-2) = -16 + 16 = 0

Siden PAPB=0\overrightarrow{PA} \cdot \overrightarrow{PB} = 0 er vektorene vinkelrette, og \angleAPB = 90°\textbf{\angle APB = 90\degree}.

Linjen \ell er parallell med AB\overrightarrow{AB} og går gjennom PP. Vi finner retningsvektoren:

AB=BA=(91, 71)=(8, 6)\overrightarrow{AB} = B - A = (9-1,\ 7-1) = (8,\ 6)

Alle punkter på \ell kan skrives som:

Q=P+tAB=(5+8t, 9+6t),tRQ = P + t \cdot \overrightarrow{AB} = (5 + 8t,\ 9 + 6t), \quad t \in \mathbb{R}

For at AQB=90°\angle AQB = 90\degreeQAQB=0\overrightarrow{QA} \cdot \overrightarrow{QB} = 0.

Vi regner ut vektorene fra QQ:

QA=AQ=(1(5+8t), 1(9+6t))=(48t, 86t)\overrightarrow{QA} = A - Q = (1-(5+8t),\ 1-(9+6t)) = (-4-8t,\ -8-6t) QB=BQ=(9(5+8t), 7(9+6t))=(48t, 26t)\overrightarrow{QB} = B - Q = (9-(5+8t),\ 7-(9+6t)) = (4-8t,\ -2-6t)

Prikkproduktet settes lik null:

QAQB=(48t)(48t)+(86t)(26t)=(48t)(48t)+(8+6t)(2+6t)=(16+32t32t+64t2)+(16+48t+12t+36t2)=16+64t2+16+60t+36t2=100t2+60t=20t(5t+3)\begin{aligned} \overrightarrow{QA} \cdot \overrightarrow{QB} &= (-4-8t)(4-8t) + (-8-6t)(-2-6t) \\ &= (-4-8t)(4-8t) + (8+6t)(2+6t) \\ &= (-16 + 32t - 32t + 64t^2) + (16 + 48t + 12t + 36t^2) \\ &= -16 + 64t^2 + 16 + 60t + 36t^2 \\ &= 100t^2 + 60t \\ &= 20t(5t + 3) \end{aligned} 20t(5t+3)=020t(5t+3) = 0 t=0ellert=35t = 0 \quad \text{eller} \quad t = -\frac{3}{5}

t=0t = 0 gir Q=P=(5,9)Q = P = (5, 9), som er det punktet vi allerede kjenner fra oppgave a). Det andre løsningen gir:

Q=(5+8(35), 9+6(35))=(5245, 9185)=(15, 275)Q = \left(5 + 8 \cdot \left(-\frac{3}{5}\right),\ 9 + 6 \cdot \left(-\frac{3}{5}\right)\right) = \left(5 - \frac{24}{5},\ 9 - \frac{18}{5}\right) = \left(\frac{1}{5},\ \frac{27}{5}\right)

Q=(15, 275)Q = \left(\dfrac{1}{5},\ \dfrac{27}{5}\right)

Oppgave 1-5 : Tangentlinje funnet med derivasjonsprogram

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Marianne har skrevet følgende program:

Program som finner tangentlinje til f(x)

Bestem verdien av variabelen bb som defineres på linje 12.

LøsningsforslagKI-generert

Programmet finner en tangentlinje til f(x)=6x3x1f(x) = \dfrac{6x-3}{x-1} med stigningstall 3-3.

Linje for linje:

  • Linje 1–2: Definerer funksjonen f(x)=6x3x1f(x) = \dfrac{6x-3}{x-1}.
  • Linje 4–6: Definerer en numerisk tilnærming til den deriverte:
Df(x)=f(x+h)f(x)h,h=0,00001Df(x) = \frac{f(x+h) - f(x)}{h}, \quad h = 0{,}00001

Dette er Newton-differenskvotienten som gir en god tilnærming til f(x)f'(x) for liten hh.

  • Linje 8: Setter startverdien a=1,5a = 1{,}5.
  • Linje 9–10: while-løkken øker aa med 0,0010{,}001 så lenge Df(a)<3Df(a) < -3. Den stopper altså ved den første verdien av aa der f(a)3f'(a) \geq -3.
  • Linje 12: Beregner konstantleddet bb i tangentlinjen y=3x+by = -3x + b ved berøringspunktet (a,f(a))(a,\, f(a)).
  • Linje 14: Skriver ut tangentlinjen.

Finn berøringspunktet analytisk:

Vi beregner den deriverte med kvotientregelen:

f(x)=6(x1)(6x3)1(x1)2=6x66x+3(x1)2=3(x1)2f'(x) = \frac{6(x-1) - (6x-3) \cdot 1}{(x-1)^2} = \frac{6x - 6 - 6x + 3}{(x-1)^2} = \frac{-3}{(x-1)^2}

Løkken leter etter xx der f(x)=3f'(x) = -3:

3(x1)2=3    (x1)2=1    x=0 eller x=2\frac{-3}{(x-1)^2} = -3 \implies (x-1)^2 = 1 \implies x = 0 \text{ eller } x = 2

Startverdi er a=1,5a = 1{,}5. For x(1,2)x \in (1,\, 2) er (x1)2<1(x-1)^2 < 1, slik at f(x)<3f'(x) < -3. Løkken øker derfor aa inntil a=2a = 2, der f(2)=3f'(2) = -3.

Beregn bb på linje 12:

f(2)=62321=91=9f(2) = \frac{6 \cdot 2 - 3}{2 - 1} = \frac{9}{1} = 9

Tangentlinjen går gjennom (2,9)(2,\, 9) med stigningstall 3-3:

b=f(a)Df(a)a=9(3)2=9+6=15b = f(a) - Df(a) \cdot a = 9 - (-3) \cdot 2 = 9 + 6 = \mathbf{\underline{\underline{15}}}

Tangentlinjen er y=3x+15y = -3x + 15.

Del 2 — med hjelpemidler · 4 timer · 7 oppgaver

Oppgave 2-1 : Logistisk modell for Norges energiproduksjon

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Tabellen nedenfor viser hvor mye elektrisk energi Norge produserte noen utvalgte år.

År19501960197019811990200020122020
Produksjon (GWh)16 92431 12157 60693 397121 848142 816147 716154 197

Bruk tallene fra tabellen til å lage en logistisk modell gg som viser oss Norges energiproduksjon xx år etter 1950.

I hvilket år økte produksjonen raskest ifølge modellen gg?

Tabellen nedenfor viser forbruket av elektrisk energi i Norge noen utvalgte år.

År19501960197019811990200020122020
Forbruk (GWh)16 92431 25356 77088 168105 941123 761129 900133 725

Bruk tallene fra tabellen til å lage en modell som du mener vi kan bruke til å vurdere om vi på sikt vil være selvforsynte med elektrisk energi.

Fasit

g(x)=1573031+9,6396e0,08672xg(x) = \dfrac{157303}{1 + 9{,}6396 \cdot e^{-0{,}08672x}}, r2=0,999r^2 = 0{,}999

Produksjonen økte raskest i 1976

Nei — asymptoten for produksjon (157300 GWh\approx 157\,300~\mathrm{GWh}) er høyere enn for forbruk (136400 GWh\approx 136\,400~\mathrm{GWh}), så modellen tilsier at Norge på sikt vil være selvforsynt.

LøsningsforslagKI-generert

Vi legger inn produksjonstallene i GeoGebra CAS og definerer den logistiske modellen med de gitte parametrene fra regresjon. Se linje 1–4 i CAS-utklippet.

CAS-utklipp for alle deloppgaver

En logistisk modell har formen

g(x)=L1+aekxg(x) = \frac{L}{1 + a \cdot e^{-kx}}

der LL er kapasitetsgrensen (asymptoten), aa bestemmer startpunktet og kk vekstraten. Vi bruker logistisk regresjon på produksjonstallene med xx = antall år etter 1950.

Regresjonen gir (se linje 1 i CAS):

\textbf{g(x) = \frac{157303}{1 + 9{,}6396 \cdot e^{-0{,}08672x}}}

med r2=0,999r^2 = 0{,}999 — svært god tilpasning.

I en logistisk modell er veksthastigheten størst i vendepunktet, der g(x)=L2g(x) = \frac{L}{2}.

xx-koordinaten til vendepunktet er

x=ln(a)k=ln(9,6396)0,0867226,1x = \frac{\ln(a)}{k} = \frac{\ln(9{,}6396)}{0{,}08672} \approx 26{,}1

Vi verifiserer med Vendepunkt(g) i CAS (se linje 2), som bekrefter x26,1x \approx 26{,}1 og y=L278652 GWhy = \frac{L}{2} \approx 78\,652~\mathrm{GWh}.

1950+26,119761950 + 26{,}1 \approx 1976

Ifølge modellen økte produksjonen raskest i løpet av 1976.

Vi lager en tilsvarende logistisk modell for forbruket. Logistisk regresjon på forbrukstallene (se linje 4 i CAS) gir:

f(x)=1363871+7,4388e0,08320xf(x) = \frac{136387}{1 + 7{,}4388 \cdot e^{-0{,}08320x}}

For å vurdere selvforsyningen sammenligner vi de to modellenes kapasitetsgrenser (asymptotene):

ModellAsymptote LL
Produksjon g(x)g(x)157300 GWh\approx 157\,300~\mathrm{GWh}
Forbruk f(x)f(x)136400 GWh\approx 136\,400~\mathrm{GWh}

Produksjonsmodellen har en høyere asymptote enn forbruksmodellen. Det betyr at ifølge modellene vil produksjonen over tid stabilisere seg på et høyere nivå enn forbruket.

Modellen tilsier at Norge på sikt vil være selvforsynt med elektrisk energi.

Det er likevel viktig å understreke usikkerheten: begge modeller er logistiske, og det er usikkert om veksten faktisk vil følge dette mønsteret langt inn i fremtiden. Energiforbruk og -produksjon påvirkes av politikk, teknologiendringer og klimaforhold som modellen ikke fanger opp.

Oppgave 2-2 : Omvendt funksjon og ladetid for kamerablits

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Når du bruker blitsen på et fotokamera, vil batteriet lade den opp igjen. Ladningen QQ i blitsen tt sekunder etter at den går av, er gitt ved

Q(t)=Q0(1e2,3t),t0Q(t) = Q_0\left(1 - e^{-2{,}3t}\right), \quad t \geq 0

Her er Q0Q_0 den maksimale ladningen i blitsen.

Bestem den omvendte funksjonen til QQ.

Hvor lang tid tar det før blitsen har fått 90 prosent av den maksimale ladningen?

Fasit

t(Q)=1023ln ⁣(1QQ0)t(Q) = -\dfrac{10}{23}\ln\!\left(1 - \dfrac{Q}{Q_0}\right)

t1,00t \approx 1{,}00 sekunder

LøsningsforslagKI-generert

Vi har

Q(t)=Q0(1e2,3t)Q(t) = Q_0\left(1 - e^{-2{,}3t}\right)

og ønsker å uttrykke tt som funksjon av QQ.

Q=Q0(1e2,3t)Q = Q_0\left(1 - e^{-2{,}3t}\right) QQ0=1e2,3t\frac{Q}{Q_0} = 1 - e^{-2{,}3t} e2,3t=1QQ0e^{-2{,}3t} = 1 - \frac{Q}{Q_0} 2,3t=ln ⁣(1QQ0)-2{,}3t = \ln\!\left(1 - \frac{Q}{Q_0}\right) t=12,3ln ⁣(1QQ0)=1023ln ⁣(1QQ0)t = -\frac{1}{2{,}3}\ln\!\left(1 - \frac{Q}{Q_0}\right) = -\frac{10}{23}\ln\!\left(1 - \frac{Q}{Q_0}\right)

Den omvendte funksjonen er altså

t(Q)=1023ln ⁣(1QQ0)t(Q) = -\frac{10}{23}\ln\!\left(1 - \frac{Q}{Q_0}\right)

90 prosent av maksimal ladning er Q=0,9Q0Q = 0{,}9\,Q_0. Vi setter inn i t(Q)t(Q):

t(0,9Q0)=1023ln ⁣(10,9Q0Q0)=1023ln(0,1)=1023ln(10)t(0{,}9\,Q_0) = -\frac{10}{23}\ln\!\left(1 - \frac{0{,}9\,Q_0}{Q_0}\right) = -\frac{10}{23}\ln(0{,}1) = \frac{10}{23}\ln(10) t=102,303231,00 sekundert = \frac{10 \cdot 2{,}303\ldots}{23} \approx 1{,}00 \text{ sekunder}

Det tar altså omtrent 1 sekund før blitsen har fått 90 % av den maksimale ladningen.

Oppgave 2-3 : Stråle gjennom origo og vinkler i trekant

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Vi har gitt punktene A(0,0)A(0, 0), B(9,1)B(9, 1) og C(24,10)C(24, 10). En stråle \ell er gitt ved parameterframstillingen

:{x=12ty=5t,t>0\ell: \begin{cases} x = 12t \\ y = 5t \end{cases}, \quad t > 0

Vis at CC ligger på \ell.

Bruk vektorregning til å bestemme BAC\angle BAC.

Et annet punkt DD ligger på \ell slik at ADB=120°\angle ADB = 120\degree.

Bruk vektorregning til å bestemme koordinatene til DD.

Et punkt EE ligger på \ell slik at arealet til ABE\triangle ABE er 11.

Bestem de eksakte koordinatene til EE.

Fasit

CC ligger på \ell (med t=2t = 2)

BAC=arccos ⁣(113821066)16,28°\angle BAC = \arccos\!\left(\dfrac{113\sqrt{82}}{1066}\right) \approx 16{,}28°

D=(13561323169, 565553169)D = \left(\dfrac{1356 - 132\sqrt{3}}{169},\ \dfrac{565 - 55\sqrt{3}}{169}\right)

E=(8, 103)E = \left(8,\ \dfrac{10}{3}\right)

LøsningsforslagKI-generert

Strålen \ell er gitt ved x=12tx = 12t, y=5ty = 5t for t>0t > 0.

Vi prøver C(24,10)C(24, 10):

x=24    12t=24    t=2x = 24 \implies 12t = 24 \implies t = 2 y=52=10y = 5 \cdot 2 = 10 \checkmark

Siden t=2>0t = 2 > 0 gir begge koordinatene til CC, ligger CC\ell.

Vi bruker prikkprodukt for å finne BAC\angle BAC. Vektorene fra A(0,0)A(0,0) er:

AB=(9,1),AC=(24,10)\vec{AB} = (9, 1), \qquad \vec{AC} = (24, 10) ABAC=924+110=216+10=226\vec{AB} \cdot \vec{AC} = 9 \cdot 24 + 1 \cdot 10 = 216 + 10 = 226 AB=92+12=82,AC=242+102=676=26|\vec{AB}| = \sqrt{9^2 + 1^2} = \sqrt{82}, \qquad |\vec{AC}| = \sqrt{24^2 + 10^2} = \sqrt{676} = 26 cos(BAC)=ABACABAC=2268226=113821066\cos(\angle BAC) = \frac{\vec{AB} \cdot \vec{AC}}{|\vec{AB}||\vec{AC}|} = \frac{226}{\sqrt{82} \cdot 26} = \frac{113\sqrt{82}}{1066} BAC=arccos ⁣(113821066)16,28°\angle BAC = \arccos\!\left(\frac{113\sqrt{82}}{1066}\right) \approx 16{,}28°

DD ligger på \ell, så D=(12t,5t)D = (12t,\, 5t) for en t>0t > 0.

Vektorene fra DD:

DA=(012t,  05t)=(12t,5t)\vec{DA} = (0 - 12t,\; 0 - 5t) = (-12t,\, -5t) DB=(912t,  15t)\vec{DB} = (9 - 12t,\; 1 - 5t)

Prikkproduktet:

DADB=(12t)(912t)+(5t)(15t)=108t+144t25t+25t2=169t2113t\vec{DA} \cdot \vec{DB} = (-12t)(9-12t) + (-5t)(1-5t) = -108t + 144t^2 - 5t + 25t^2 = 169t^2 - 113t

Lengdene:

DA=144t2+25t2=13t|\vec{DA}| = \sqrt{144t^2 + 25t^2} = 13t DB=(912t)2+(15t)2=169t2226t+82|\vec{DB}| = \sqrt{(9-12t)^2 + (1-5t)^2} = \sqrt{169t^2 - 226t + 82}

Betingelsen ADB=120°\angle ADB = 120° gir cos(120°)=12\cos(120°) = -\tfrac{1}{2}:

169t2113t13t169t2226t+82=12\frac{169t^2 - 113t}{13t\sqrt{169t^2 - 226t + 82}} = -\frac{1}{2}

For t>0t > 0 deler vi med tt i teller og i DA|\vec{DA}|:

169t11313169t2226t+82=12\frac{169t - 113}{13\sqrt{169t^2 - 226t + 82}} = -\frac{1}{2}

Siden venstre side skal være negativ, kreves 169t113<0169t - 113 < 0, altså t<113169t < \tfrac{113}{169}.

Ganger begge sider med 213-2 \cdot 13:

2(113169t)=13169t2226t+822(113 - 169t) = 13\sqrt{169t^2 - 226t + 82}

Kvadrerer (begge sider er positive):

4(113169t)2=169(169t2226t+82)4(113 - 169t)^2 = 169(169t^2 - 226t + 82) 411328113169t+41692t2=1692t2169226t+169824 \cdot 113^2 - 8 \cdot 113 \cdot 169t + 4 \cdot 169^2 t^2 = 169^2 t^2 - 169 \cdot 226t + 169 \cdot 82 31692t2+169(904+226)t+(41276913858)=03 \cdot 169^2 t^2 + 169(-904 + 226)t + (4 \cdot 12769 - 13858) = 0 85683t2114582t+37218=085683t^2 - 114582t + 37218 = 0

Deler med GCD = 1014:

856831014t21145821014t+372181014=0\frac{85683}{1014}\,t^2 - \frac{114582}{1014}\,t + \frac{37218}{1014} = 0 1691692169 \cdot \frac{169}{2} \cdot \ldots

Vi løser direkte med andregradsformelen. Diskriminant:

Δ=114582248568337218=373235148=(11154)23\Delta = 114582^2 - 4 \cdot 85683 \cdot 37218 = 373\,235\,148 = (11154)^2 \cdot 3 Δ=111543=1014113\sqrt{\Delta} = 11154\sqrt{3} = 1014 \cdot 11\sqrt{3} t=114582±1014113285683=114582±111543171366t = \frac{114582 \pm 1014 \cdot 11\sqrt{3}}{2 \cdot 85683} = \frac{114582 \pm 11154\sqrt{3}}{171366}

Deler teller og nevner med 1014:

t=113±113169t = \frac{113 \pm 11\sqrt{3}}{169}

Vi sjekker hvilken løsning som tilfredsstiller t<113169t < \tfrac{113}{169}:

  • t1=113+1131690,781t_1 = \dfrac{113 + 11\sqrt{3}}{169} \approx 0{,}781 — oppfyller ikke t<1131690,669t < \tfrac{113}{169} \approx 0{,}669
  • t2=1131131690,556t_2 = \dfrac{113 - 11\sqrt{3}}{169} \approx 0{,}556oppfyller kravet \checkmark
t=113113169t = \frac{113 - 11\sqrt{3}}{169}

Koordinatene til DD:

D=(12(113113)169,  5(113113)169)=(13561323169,  565553169)D = \left(\frac{12(113 - 11\sqrt{3})}{169},\; \frac{5(113 - 11\sqrt{3})}{169}\right) = \left(\frac{1356 - 132\sqrt{3}}{169},\; \frac{565 - 55\sqrt{3}}{169}\right)

EE ligger på \ell, så E=(12t,5t)E = (12t,\, 5t).

Arealet av ABE\triangle ABE med A=(0,0)A = (0,0), B=(9,1)B = (9,1), E=(12t,5t)E = (12t, 5t):

Areal=12det(912t15t)=1295t112t=1233t=33t2\text{Areal} = \frac{1}{2}\left|\det\begin{pmatrix} 9 & 12t \\ 1 & 5t \end{pmatrix}\right| = \frac{1}{2}|9 \cdot 5t - 1 \cdot 12t| = \frac{1}{2} \cdot 33t = \frac{33t}{2}

Setter arealet lik 11:

33t2=11    t=23\frac{33t}{2} = 11 \implies t = \frac{2}{3} E=(1223,  523)=(8,  103)E = \left(12 \cdot \frac{2}{3},\; 5 \cdot \frac{2}{3}\right) = \left(8,\; \frac{10}{3}\right)

Oppgave 2-4 : Sannhetsverdi av tre påstander om funksjoner og logaritmer

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Nedenfor ser du tre påstander. Avgjør i hvert tilfelle om påstanden er sann. Husk å argumentere!

Hvis f(a)=f(b)f(a) = f(b) for en funksjon ff, så er a=ba = b.

Hvis 0<a<b0 < a < b, så er lna<lnb\ln a < \ln b.

Hvis a>0a > 0 og x>0x > 0, så er (lnx)=(ln(ax))(\ln x)' = (\ln(ax))'.

Fasit

Usann

Sann

Sann

LøsningsforslagKI-generert

a) Hvis f(a)=f(b)f(a) = f(b) for en funksjon ff, så er a=ba = b.

Påstanden er usann.

Et moteksempel: La f(x)=x2f(x) = x^2. Da er f(2)=4=f(2)f(-2) = 4 = f(2), men 22-2 \neq 2.

Påstanden gjelder bare for injektive (én-til-én) funksjoner. En generell funksjon kan godt gi samme funksjonsverdi for to ulike innverdier.


b) Hvis 0<a<b0 < a < b, så er lna<lnb\ln a < \ln b.

Påstanden er sann.

Logaritmefunksjonen lnx\ln x er strengt voksende for x>0x > 0. Det betyr at dersom a<ba < b, så er lna<lnb\ln a < \ln b.

Begrunnelse: lnx\ln x er definert som den deriverte (lnx)=1x>0(\ln x)' = \frac{1}{x} > 0 for alle x>0x > 0, og en funksjon med positiv derivert overalt er strengt voksende.

Alternativt: anta 0<a<b0 < a < b. Da er ba>1\frac{b}{a} > 1, og siden ln\ln er definert slik at lnt>0\ln t > 0 for t>1t > 1:

lnblna=ln ⁣(ba)>0    lna<lnb\ln b - \ln a = \ln\!\left(\frac{b}{a}\right) > 0 \implies \ln a < \ln b

c) Hvis a>0a > 0 og x>0x > 0, så er (lnx)=(ln(ax))(\ln x)' = (\ln(ax))'.

Påstanden er sann.

Vi bruker logaritmeregelen ln(ax)=lna+lnx\ln(ax) = \ln a + \ln x, og siden lna\ln a er en konstant når a>0a > 0:

(ln(ax))=(lna+lnx)=0+1x=1x=(lnx)(\ln(ax))' = (\ln a + \ln x)' = 0 + \frac{1}{x} = \frac{1}{x} = (\ln x)'

De to funksjonene skiller seg bare med en konstant (lna\ln a), og konstanter forsvinner ved derivasjon. CAS bekrefter at begge deriverte er 1x\dfrac{1}{x}.

Oppgave 2-5 : Tangent til parabel og minste areal av trekant OAB

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En funksjon ff er gitt ved

f(x)=1x2,Df=[0,1]f(x) = 1 - x^2, \quad D_f = [0, 1]

La a0,1a \in \langle 0, 1 \rangle og OO være origo. Tangenten til grafen til ff i punktet P(a,f(a))P(a, f(a)) skjærer xx-aksen i punktet AA og yy-aksen i punktet BB som vist på figuren.

Graf som viser parabelen f(x)=1-x^2 på [0,1] med tangent i P som skjærer aksene i A og B

Bestem arealet av OAB\triangle OAB når P(12,34)P\left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{3}{4}\right).

Bestem det minste arealet OAB\triangle OAB kan ha.

Fasit

2532\dfrac{25}{32}

439\dfrac{4\sqrt{3}}{9}

LøsningsforslagKI-generert

Vi finner først en generell tangentligning til f(x)=1x2f(x) = 1 - x^2 i punktet P(a,f(a))P(a, f(a)).

Siden f(x)=2xf'(x) = -2x, er stigningstallet til tangenten i PP lik f(a)=2af'(a) = -2a.

Tangentens ligning blir

t(x)=f(a)+f(a)(xa)=(1a2)2a(xa)=a22ax+1t(x) = f(a) + f'(a)(x - a) = (1 - a^2) - 2a(x - a) = a^2 - 2ax + 1

Skjæringspunkt A med xx-aksen (y=0y = 0):

0=a22ax+1    x=a2+12a0 = a^2 - 2ax + 1 \implies x = \frac{a^2 + 1}{2a}

A=(a2+12a, 0)A = \left(\dfrac{a^2+1}{2a},\ 0\right).

Skjæringspunkt B med yy-aksen (x=0x = 0):

t(0)=a2+1t(0) = a^2 + 1

B=(0, a2+1)B = (0,\ a^2 + 1).

a) Areal når P=(12,34)P = \left(\tfrac{1}{2}, \tfrac{3}{4}\right)

Her er a=12a = \tfrac{1}{2}.

OA=(12)2+1212=541=54OA = \frac{\left(\frac{1}{2}\right)^2 + 1}{2 \cdot \frac{1}{2}} = \frac{\frac{5}{4}}{1} = \frac{5}{4} OB=(12)2+1=54OB = \left(\frac{1}{2}\right)^2 + 1 = \frac{5}{4} T=12OAOB=125454=2532T = \frac{1}{2} \cdot OA \cdot OB = \frac{1}{2} \cdot \frac{5}{4} \cdot \frac{5}{4} = \frac{25}{32}

b) Minste mulige areal

Arealet av OAB\triangle OAB som funksjon av aa er

T(a)=12a2+12a(a2+1)=(a2+1)24a,a0,1T(a) = \frac{1}{2} \cdot \frac{a^2+1}{2a} \cdot (a^2+1) = \frac{(a^2+1)^2}{4a}, \quad a \in \langle 0, 1 \rangle

Vi deriverer og setter T(a)=0T'(a) = 0:

T(a)=2(a2+1)2a4a(a2+1)24(4a)2T'(a) = \frac{2(a^2+1) \cdot 2a \cdot 4a - (a^2+1)^2 \cdot 4}{(4a)^2}

Teller satt lik null (og a2+1>0a^2+1 > 0 kan forkortes):

4a2(a2+1)4(a2+1)2=04a \cdot 2(a^2+1) - 4(a^2+1)^2 = 0 4(a2+1)[2a(a2+1)]4(a^2+1)\bigl[2a - (a^2+1)\bigr] \cdot \ldots

Vi bruker kvotientregelen direkte. Med u=(a2+1)2u = (a^2+1)^2 og v=4av = 4a:

T(a)=4a(a2+1)2a(a2+1)2416a2=4(a2+1)[2a2(a2+1)]16a2=(a2+1)(a21)4a2T'(a) = \frac{4a(a^2+1) \cdot 2a - (a^2+1)^2 \cdot 4}{16a^2} = \frac{4(a^2+1)\bigl[2a^2 - (a^2+1)\bigr]}{16a^2} = \frac{(a^2+1)(a^2-1)}{4a^2} \cdot \ldots

CAS gir

T(a)=3a4+2a214a2T'(a) = \frac{3a^4 + 2a^2 - 1}{4a^2}

Telleren faktoriseres:

3a4+2a21=(3a21)(a2+1)3a^4 + 2a^2 - 1 = (3a^2 - 1)(a^2 + 1)

Siden a2+1>0a^2 + 1 > 0 for alle aa, er T(a)=0T'(a) = 0 bare når 3a21=03a^2 - 1 = 0, det vil si

a=13=33a = \frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3}

(Vi forkaster den negative løsningen siden a0,1a \in \langle 0, 1 \rangle.)

Fortegnslinjen til T(a)T'(a):

0033\dfrac{\sqrt{3}}{3}11
T(a)T'(a)-00
T(a)T(a)\searrowmin

TT har et (globalt) minimum ved a=33a = \dfrac{\sqrt{3}}{3}.

Minste areal:

T ⁣(33)=(13+1)2433=(43)2433=169433=169343=433=439T\!\left(\frac{\sqrt{3}}{3}\right) = \frac{\left(\frac{1}{3}+1\right)^2}{4 \cdot \frac{\sqrt{3}}{3}} = \frac{\left(\frac{4}{3}\right)^2}{\frac{4\sqrt{3}}{3}} = \frac{\frac{16}{9}}{\frac{4\sqrt{3}}{3}} = \frac{16}{9} \cdot \frac{3}{4\sqrt{3}} = \frac{4}{3\sqrt{3}} = \frac{4\sqrt{3}}{9}

Det minste arealet av OAB\triangle OAB er 439\dfrac{4\sqrt{3}}{9}.

Oppgave 2-6 : Program for tyngdepunkt i trekant

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Tyngdepunktet TT i en trekant ABCABC er gitt ved

OT=13(OA+OB+OC)\overrightarrow{OT} = \frac{1}{3}\left(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC}\right)

der OO er origo.

Lag et program hvor du oppgir koordinatene til punktene AA, BB og CC. Programmet skal skrive ut koordinatene til tyngdepunktet.

Fasit

Et eksempel på et program:

Ax = float(input("Skriv inn x-koordinat for A: "))
Ay = float(input("Skriv inn y-koordinat for A: "))
Bx = float(input("Skriv inn x-koordinat for B: "))
By = float(input("Skriv inn y-koordinat for B: "))
Cx = float(input("Skriv inn x-koordinat for C: "))
Cy = float(input("Skriv inn y-koordinat for C: "))

Tx = (Ax + Bx + Cx) / 3
Ty = (Ay + By + Cy) / 3

print("Tyngdepunktet T har koordinater:")
print(f"T = ({Tx}, {Ty})")
LøsningsforslagKI-generert

Formelen for tyngdepunktet sier at

OT=13(OA+OB+OC)\overrightarrow{OT} = \frac{1}{3}\left(\overrightarrow{OA} + \overrightarrow{OB} + \overrightarrow{OC}\right)

Siden OA=(xA,yA)\overrightarrow{OA} = (x_A, y_A), OB=(xB,yB)\overrightarrow{OB} = (x_B, y_B) og OC=(xC,yC)\overrightarrow{OC} = (x_C, y_C), gir dette

T=(xA+xB+xC3,  yA+yB+yC3)T = \left(\frac{x_A + x_B + x_C}{3},\; \frac{y_A + y_B + y_C}{3}\right)

Tyngdepunktet er altså gjennomsnittet av hjørnenes koordinater.

Programmet gjør følgende steg:

  1. Leser inn koordinatene til AA, BB og CC fra brukeren med input(). float() konverterer teksten til et desimaltall.
  2. Beregner xx-koordinaten til tyngdepunktet: Tx=xA+xB+xC3T_x = \frac{x_A + x_B + x_C}{3}
  3. Beregner yy-koordinaten til tyngdepunktet: Ty=yA+yB+yC3T_y = \frac{y_A + y_B + y_C}{3}
  4. Skriver ut resultatet med print().

Manuell kontroll med A=(1,2)A = (1, 2), B=(5,0)B = (5, 0), C=(3,6)C = (3, 6):

Tx=1+5+33=93=3T_x = \frac{1 + 5 + 3}{3} = \frac{9}{3} = 3 Ty=2+0+63=832,67T_y = \frac{2 + 0 + 6}{3} = \frac{8}{3} \approx 2{,}67 T=(3,  83)T = \left(3,\; \frac{8}{3}\right)

Programmet (verifisert med Python) gir samme svar.

Oppgave 2-7 : Rasjonal funksjon symmetri i løsninger av f'(x)=k

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En funksjon ff er gitt ved

f(x)=2x+5+1x1f(x) = 2x + 5 + \frac{1}{x-1}

For hvilke verdier av kk har likningen f(x)=kf'(x) = k løsning?

Velg ulike verdier av kk, og beskriv symmetrien i løsningene av likningen f(x)=kf'(x) = k for hver av disse verdiene.

La gg være en funksjon som kan skrives på formen

g(x)=ax+b+1x+dg(x) = a \cdot x + b + \frac{1}{x+d}

For hvilke verdier av aa har likningen g(x)=4g'(x) = 4 løsning?

La nå a=3a = 3.

Utforsk og beskriv løsningene til likningen g(x)=kg'(x) = k for ulike verdier av kk.

Bestem bb og dd slik at g(1)=g(5)g'(-1) = g'(5) og g(1)=7g(1) = 7.

Fasit

k<2k < 2

Løsningene er symmetriske om x=1x = 1 (asymptoten til ff)

a>4a > 4

Løsningene er symmetriske om x=dx = -d (asymptoten til gg); likningen har løsning når k<ak < a

b=5b = 5, d=2d = -2

LøsningsforslagKI-generert

Vi deriverer f(x)=2x+5+1x1f(x) = 2x + 5 + \dfrac{1}{x-1}:

f(x)=21(x1)2f'(x) = 2 - \frac{1}{(x-1)^2}

Likningen f(x)=kf'(x) = k har løsning når vi kan løse

21(x1)2=k    1(x1)2=2k2 - \frac{1}{(x-1)^2} = k \implies \frac{1}{(x-1)^2} = 2 - k

Siden (x1)2>0(x-1)^2 > 0 for alle x1x \neq 1, kreves 2k>02 - k > 0, altså k<2k < 2.

(Merk at f(x)f'(x) har maksimum limx1f(x)=\lim_{x\to 1} f'(x) = -\infty, mens f(x)2f'(x) \to 2 når x±x \to \pm\infty, men aldri når 22. Så f(x)<2f'(x) < 2 for alle x1x \neq 1, og likningen har løsning nettopp når k<2k < 2.)

For k<2k < 2 gir CAS løsningene

x=k2±2kk2=12kk2=1±12kx = \frac{k - 2 \pm \sqrt{2-k}}{k-2} = 1 \mp \frac{\sqrt{2-k}}{k-2} = 1 \pm \frac{1}{\sqrt{2-k}}

(det siste steget fordi 2kk2=2k(2k)=12k\dfrac{\sqrt{2-k}}{k-2} = \dfrac{\sqrt{2-k}}{-(2-k)} = -\dfrac{1}{\sqrt{2-k}}).

De to løsningene er altså

x1=112k,x2=1+12kx_1 = 1 - \frac{1}{\sqrt{2-k}}, \qquad x_2 = 1 + \frac{1}{\sqrt{2-k}}

Midtpunktet er

x1+x22=1\frac{x_1 + x_2}{2} = 1

Løsningene er derfor alltid symmetriske om x=1x = 1, det vil si om den vertikale asymptoten til ff.

Dette gir mening geometrisk: f(x)=21(x1)2f'(x) = 2 - \dfrac{1}{(x-1)^2}, der 1(x1)2\dfrac{1}{(x-1)^2} er en jevn funksjon av (x1)(x-1). Derfor er f(1+t)=f(1t)f'(1+t) = f'(1-t) for alle tt, slik at grafen til ff' er symmetrisk om linjen x=1x = 1.

Vi deriverer g(x)=ax+b+1x+dg(x) = ax + b + \dfrac{1}{x+d}:

g(x)=a1(x+d)2g'(x) = a - \frac{1}{(x+d)^2}

Likningen g(x)=4g'(x) = 4 har løsning når

a1(x+d)2=4    1(x+d)2=a4a - \frac{1}{(x+d)^2} = 4 \implies \frac{1}{(x+d)^2} = a - 4

Dette krever a4>0a - 4 > 0, altså a>4\boxed{a > 4}.

Med a=3a = 3 er g(x)=31(x+d)2g'(x) = 3 - \dfrac{1}{(x+d)^2}.

På samme måte som i a)–b) har likningen g(x)=kg'(x) = k løsning nettopp når k<3k < 3.

For k<3k < 3 er løsningene

x=d±13kx = -d \pm \frac{1}{\sqrt{3-k}}

Midtpunktet er x1+x22=d\dfrac{x_1 + x_2}{2} = -d, og løsningene er symmetriske om x=dx = -d (den vertikale asymptoten til gg).

Vi skal finne bb og dd slik at g(1)=g(5)g'(-1) = g'(5) og g(1)=7g(1) = 7.

Betingelsen g(1)=g(5)g'(-1) = g'(5) betyr at x=1x = -1 og x=5x = 5 er symmetriske om asymptoten x=dx = -d (fra d)). Midtpunktet er

1+52=2    d=2    d=2\frac{-1 + 5}{2} = 2 \implies -d = 2 \implies d = -2

Vi bruker deretter g(1)=7g(1) = 7 med a=3a = 3 og d=2d = -2:

g(1)=31+b+11+(2)=3+b+11=3+b1=b+2=7g(1) = 3 \cdot 1 + b + \frac{1}{1 + (-2)} = 3 + b + \frac{1}{-1} = 3 + b - 1 = b + 2 = 7 b=5b = 5

Altså er b=5b = 5 og d=2d = -2, og

g(x)=3x+5+1x2g(x) = 3x + 5 + \frac{1}{x - 2}

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som klart
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
Esc
Tilbake / avslutt