Innskrevet rektangel og Lars sitt program

Del 2, alle hjelpemidler

Innskrevet rektangel og Lars sitt program

En funksjon f er gitt ved

f(x)=−x2+4,0≤x≤2.

Lars har tegnet grafen til f med et innskrevet rektangel ABCD. Lars har også skrevet et program.

Grafen til f(x)

def f(x):
    return -x**2 + 4

def areal(x):
    return x*f(x)

h = 0.0001
def der_areal(x):
    return (areal(x + h) - areal(x))/h

x = 0
dx = 0.01
while der_areal(x + dx) > 0:
    x = x + dx

print(areal(x))
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Forklar hva Lars prøver å finne ut med programmet. Hva blir svaret hvis man kjører programmet?

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Hvilken strategi bruker Lars i programmet sitt? Vil strategien fungere uavhengig av hvilken funksjon f er?

Fasit

Programmet finner det største arealet av et rektangel innskrevet under grafen. Svaret er ca. 3,079.

Lars bruker en numerisk trinnvis tilnærming der han leter fremover til deriverte av arealet skifter fortegn. Strategien er ikke universell.

LøsningsforslagKI-generert

Rektangelet ABCD har ett hjørne på grafen til f. Hjørnet over x-aksen befinner seg i punktet (x,f(x)). Siden rektangelet er symmetrisk om y-aksen, har det bredde 2x og høyde f(x).

Av figuren leser vi imidlertid at bare halvparten av rektangelet vises (fra x=0 til x-verdien på grafen), altså bredde x og høyde f(x). Arealet er:

A(x)=x⋅f(x)=x(−x2+4)=−x3+4x

Hva programmet gjør:

  • areal(x) beregner A(x)=x⋅f(x).
  • der_areal(x) beregner den numeriske deriverte A′(x)≈A(x+h)−A(x)h med h=0,0001.
  • Løkken starter på x=0 og øker x med 𝚍𝚡=0,01 i hvert steg, så lenge den numeriske deriverte i neste steg er positiv (dvs. arealet fortsatt vokser).
  • Løkken stopper når der_areal(x + dx) <= 0, altså når arealet er i ferd med å avta — ved et (lokalt) maksimum.

Programmet prøver å finne x-verdien som maksimerer arealet, og skriver deretter ut A(x) i dette punktet.

Kjøring: x øker fra 0 i steg på 0,01. Den eksakte maksimumsverdien er x=23≈1,1547. Programmet stopper siste gang 𝚍𝚎𝚛_𝚊𝚛𝚎𝚊𝚕(x+0,01)>0, noe som gir x=1,15 (siden A′(1,16)<0).

Programmet skriver ut:

A(1,15)=1,15⋅(−(1,15)2+4)=1,15⋅2,6775≈3,079

(Det eksakte maksimale arealet er 1639≈3,0792.)

Strategi: Lars antar at arealet begynner med å vokse fra x=0, og leter trinnvis fremover til den numeriske deriverte skifter fra positiv til ikke-positiv. Han finner altså det første punktet der A′(x) snur fra positiv til negativ — et lokalt toppunkt.

Strategien er ikke universell. Den kan feile i følgende situasjoner:

  • Hvis A′(x) allerede er negativ eller lik null for x=0 (arealet avtar fra start), stopper løkken umiddelbart uten å finne noe maksimum.
  • Hvis A(x) har flere lokale maksimumspunkter, finner programmet bare det første og overser et eventuelt høyere globalt maksimum lenger ut.
  • Steglengden 𝚍𝚡=0,01 gir en numerisk tilnærming, ikke det eksakte maksimumet. Her gir programmet x=1,15 istedenfor det eksakte x=233≈1,1547.

Strategien fungerer kun for funksjoner der arealet er positivt, starter med å vokse, og har nøyaktig ett lokalt maksimum.

Sensorveiledning

Oppgaven gir til sammen 4 poeng

2 poeng

1 poeng for å tolke programmet riktig og 1 poeng for å finne resultatet. Kandidaten behøver ikke å forklare hver linje i programmet.

2 poeng

1 poeng for å forklare strategien og 1 poeng for å forklare hvorfor strategien ikke vil fungere for alle funksjoner.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

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 ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt