Løsningsforslag til eksamenssettet fra Utdanningsdirektoratet.
Del 1 - uten hjelpemidler
Del 1 - Oppgave 1aDerivasjon ledd for ledd
Oppgave 1a
Oppgave: Deriver \[f(x)=x^2+e^x.\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi deriverer polynomleddet og eksponentialleddet hver for seg.
Steg 1 - Potensregelen
\((x^2)^\prime=2x\).
Steg 2 - Eksponentialregelen
\((e^x)^\prime=e^x\).
Steg 3 - Summer
\[f^\prime(x)=2x+e^x.\]
Steg 4 - Domene
Begge ledd er definert og deriverbare for alle reelle x.
Steg 5 - Kontroll
En numerisk differansekvotient gir samme stigning.
Steg 6 - Konklusjon
Den deriverte består av summen av de to deriverte leddene.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Derivative[x^2+exp(x)]
\(2x+e^x\)
Tolkning: CAS deriverer leddvis.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)f=x**2+sp.exp(x)f_prime=sp.diff(f,x)expected=2*x+sp.exp(x)print("f(x) =",f)print("f'(x) =",f_prime)print("Expected =",expected)print("Difference =",sp.simplify(f_prime-expected))print("Domain = all real numbers")
Utskrift fra Python:
f(x) = x**2 + exp(x)
f'(x) = 2*x + exp(x)
Expected = 2*x + exp(x)
Difference = 0
Domain = all real numbers
Fasit: \(f^\prime(x)=2x+e^x\).
Vanlig feil: Å skrive den deriverte av \(e^x\) som 1.
Sensorpunkt: Begge ledd må være derivert korrekt.
Del 1 - Oppgave 1bProduktregel og kjerneregel
Oppgave 1b
Oppgave: Deriver \[g(x)=x^3\sqrt{2x-1}.\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Funksjonen er et produkt, og rotfaktoren krever kjerneregelen.
Steg 1 - Domene
Originalfunksjonen krever \(x\ge1/2\); den deriverte formelen gjelder for \(x>1/2\).
Utskrift fra Python:
Original expression = -3*log(a) - 3*log(a*b**2) + 2*log(a**3*b**4)
Expanded logs = 2*log(b)
Simplified = 2*log(b)
Equivalent compact form = log(b**2)
Difference = 0
Fasit: \(2\ln b\), eventuelt \(\ln(b^2)\).
Vanlig feil: Å bruke logaritmeregler uten å forutsette positive argumenter.
Sensorpunkt: Mellomregningen som viser kanselleringen bør være med.
Del 1 - Oppgave 3aPolynomlikning og kontroll
Oppgave 3a
Oppgave: Vis at \(x=2\) er en løsning av \[x^3+2x^2=5x+6.\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi setter inn x=2 på begge sider.
Steg 1 - Venstresiden
\(2^3+2\cdot2^2=8+8=16\).
Steg 2 - Høyresiden
\(5\cdot2+6=10+6=16\).
Steg 3 - Sammenlikn
Begge sider blir 16.
Steg 4 - Nullform
\(P(x)=x^3+2x^2-5x-6\).
Steg 5 - Restsetningen
\(P(2)=0\), så \(x-2\) er en faktor.
Steg 6 - Konklusjon
Dermed er x=2 en løsning.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Substitute[x^3+2x^2=5x+6,x,2]
\(16=16\)
Tolkning: Innsetting gir en sann likhet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)left=x**3+2*x**2right=5*x+6print("Left at x=2 =",left.subs(x,2))print("Right at x=2 =",right.subs(x,2))print("Difference at x=2 =",sp.simplify((left-right).subs(x,2)))print("Polynomial factorization =",sp.factor(left-right))print("x=2 is solution =",left.subs(x,2)==right.subs(x,2))
Utskrift fra Python:
Left at x=2 = 16
Right at x=2 = 16
Difference at x=2 = 0
Polynomial factorization = (x - 2)*(x + 1)*(x + 3)
x=2 is solution = True
Fasit: Begge sider er 16, derfor er \(x=2\) en løsning.
Vanlig feil: Å bare skrive at x=2 er en løsning uten innsetting.
Sensorpunkt: Begge sider eller P(2)=0 må dokumenteres.
Del 1 - Oppgave 3bFortegnsskjema for tredjegrad
Oppgave 3b
Oppgave: Løs \[x^3+2x^2<5x+6.\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi flytter alt til venstre, faktoriserer og analyserer fortegnet.
Steg 1 - Nullform
\[x^3+2x^2-5x-6<0.\]
Steg 2 - Faktoriser
\[(x-2)(x+1)(x+3)<0.\]
Steg 3 - Kritiske punkter
Nullpunktene er \(-3,-1,2\).
Steg 4 - Fortegn
Med positivt ledende ledd skifter fortegnet ved hvert enkelt nullpunkt.
Steg 5 - Negative intervaller
Uttrykket er negativt på \(( -\infty,-3)\) og \((-1,2)\).
Steg 6 - Streng ulikhet
Nullpunktene tas ikke med.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[(x-2)(x+1)(x+3)<0,x]
\(( -\infty,-3)\cup(-1,2)\)
Tolkning: CAS gir de samme fortegnsintervallene.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)P=x**3+2*x**2-5*x-6factored=sp.factor(P)solution=sp.solve_univariate_inequality(P<0,x)print("P(x) =",P)print("Factorization =",factored)print("Roots =",sp.solve(sp.Eq(P,0),x))print("Solution set =",solution)fortestin[-4,-2,0,3]:print("P(",test,") =",P.subs(x,test))
Vanlig feil: Å ta med nullpunktene selv om ulikheten er streng.
Sensorpunkt: Faktorisering og korrekt fortegnsskjema.
Del 1 - Oppgave 3cKonstruere en rasjonal ulikhet
Oppgave 3c
Oppgave: Lag en ulikhet med løsningsmengde \[(-\infty,-1)\cup[2,\infty).\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi trenger at -1 er utelukket, mens 2 er inkludert. En nevner kan gjøre -1 ulovlig.
Steg 1 - Kritiske grenser
Vi ønsker fortegnsskifte ved -1 og 2.
Steg 2 - Utesteng -1
Plasser \(x+1\) i nevneren.
Steg 3 - Inkluder 2
Plasser \(x-2\) i telleren og bruk \(\ge0\).
Steg 4 - Forslag
\[\frac{x-2}{x+1}\ge0.\]
Steg 5 - Fortegn
Brøken er positiv for \(x<-1\) og \(x>2\), og null ved x=2.
Steg 6 - Domene
x=-1 er ikke definert og tas derfor ikke med.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[(x-2)/(x+1)>=0,x]
\(( -\infty,-1)\cup[2,\infty)\)
Tolkning: Nevneren sørger for åpent endepunkt ved -1.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)expr=(x-2)/(x+1)solution=sp.solve_univariate_inequality(expr>=0,x)print("Proposed inequality: (x-2)/(x+1) >= 0")print("Zero of numerator =",2)print("Excluded denominator zero =",-1)print("Solution set =",solution)fortestin[-2,0,2,3]:print("Value at",test,"=",sp.simplify(expr.subs(x,test)))
Utskrift fra Python:
Proposed inequality: (x-2)/(x+1) >= 0
Zero of numerator = 2
Excluded denominator zero = -1
Solution set = (2 <= x) | (x < -1)
Value at -2 = 4
Value at 0 = -2
Value at 2 = 0
Value at 3 = 1/4
Fasit: Et gyldig svar er \(\dfrac{x-2}{x+1}\ge0\).
Vanlig feil: Å bruke \((x+1)(x-2)\ge0\), som også inkluderer x=-1.
Sensorpunkt: Ulikheten må gi riktig åpent/lukket endepunkt.
Del 1 - Oppgave 4aFarts- og akselerasjonsvektor
Oppgave 4a
Oppgave: For \(\vec r(t)=[4t+2,\,2t-5t^2]\), finn farts- og akselerasjonsvektoren.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi deriverer hver koordinat med hensyn på t.
Steg 1 - x-koordinat
\((4t+2)^\prime=4\).
Steg 2 - y-koordinat
\((2t-5t^2)^\prime=2-10t\).
Steg 3 - Fartsvektor
\[\vec v(t)=[4,2-10t].\]
Steg 4 - Deriver igjen
\(4^\prime=0\) og \((2-10t)^\prime=-10\).
Steg 5 - Akselerasjon
\[\vec a(t)=[0,-10].\]
Steg 6 - Tolk
Partikkelen har konstant akselerasjon rett nedover.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Derivative[(4t+2,2t-5t^2),t]
\((4,2-10t)\)
2
Derivative[(4,2-10t),t]
\((0,-10)\)
Tolkning: Koordinatene deriveres komponentvis.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspt=sp.symbols("t",real=True)r=sp.Matrix([4*t+2,2*t-5*t**2])v=r.diff(t)a=v.diff(t)print("r(t) =",r.T)print("v(t) =",v.T)print("a(t) =",a.T)print("Acceleration is constant =",all(c.free_symbols==set()forcina))
Utskrift fra Python:
v(t) = Matrix([[4, 2 - 10*t]])
a(t) = Matrix([[0, -10]])
v dot a = 100*t - 20
t = 1/5
v(1/5) = Matrix([[4, 0]])
Check dot product = 0
Fasit: \(t=\dfrac15=0.2\) s.
Vanlig feil: Å sette lengdene av vektorene lik null i stedet for skalarproduktet.
Sensorpunkt: Ortogonalitetsbetingelsen og kontrollen bør vises.
Del 1 - Oppgave 5aVektor mellom to punkter
Oppgave 5a
Oppgave: For \(A(1,1)\) og \(B(6,2)\), bestem \(\overrightarrow{AB}\) og \(|\overrightarrow{AB}|\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vektoren fra A til B finnes som B minus A.
Steg 1 - Trekk fra koordinater
\[\overrightarrow{AB}=(6-1,2-1).\]
Steg 2 - Vektor
\[\overrightarrow{AB}=(5,1).\]
Steg 3 - Lengdeformel
\[|\overrightarrow{AB}|=\sqrt{5^2+1^2}.\]
Steg 4 - Forenkle
\[|\overrightarrow{AB}|=\sqrt{26}.\]
Steg 5 - Desimal
\(\sqrt{26}\approx5.10\).
Steg 6 - Retning
Vektoren går fem enheter mot høyre og én opp.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Vector[(1,1),(6,2)]
\((5,1)\)
2
Length[Vector[(1,1),(6,2)]]
\(\sqrt{26}\)
Tolkning: GeoGebra beregner både vektoren og lengden.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspA=sp.Matrix([1,1])B=sp.Matrix([6,2])AB=B-Alength=sp.sqrt(AB.dot(AB))print("A =",A.T)print("B =",B.T)print("AB =",AB.T)print("AB dot AB =",AB.dot(AB))print("|AB| =",length)print("Decimal length =",sp.N(length,8))
Utskrift fra Python:
A = Matrix([[1, 1]])
B = Matrix([[6, 2]])
AB = Matrix([[5, 1]])
AB dot AB = 26
|AB| = sqrt(26)
Decimal length = 5.0990195
Fasit: \(\overrightarrow{AB}=(5,1)\) og \(|\overrightarrow{AB}|=\sqrt{26}\).
Vanlig feil: Å regne A-B og dermed få motsatt retning.
Sensorpunkt: Riktig rekkefølge og eksakt lengde.
Del 1 - Oppgave 5bMatematisk tyngdepunkt
Oppgave 5b
Oppgave: Bestem tyngdepunktet til \(A(1,1),B(6,2),C(5,7),D(2,8)\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Tyngdepunktet er gjennomsnittet av de fire posisjonsvektorene.
Steg 1 - x-sum
\(1+6+5+2=14\).
Steg 2 - y-sum
\(1+2+7+8=18\).
Steg 3 - Divider med 4
\[T=\left(\frac{14}{4},\frac{18}{4}\right).\]
Steg 4 - Forenkle
\[T=\left(\frac72,\frac92\right).\]
Steg 5 - Desimalform
\(T=(3.5,4.5)\).
Steg 6 - Kontroll
Punktet ligger sentralt mellom hjørnene.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Centroid[(1,1),(6,2),(5,7),(2,8)]
\((7/2,9/2)\)
Tolkning: Gjennomsnittet av koordinatene gir tyngdepunktet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyassppoints=[sp.Matrix([1,1]),sp.Matrix([6,2]),sp.Matrix([5,7]),sp.Matrix([2,8])]coordinate_sum=sum(points,sp.zeros(2,1))T=coordinate_sum/4print("Points =",[tuple(p)forpinpoints])print("Coordinate sum =",coordinate_sum.T)print("Centroid T =",T.T)print("Decimal T =",tuple(sp.N(c)forcinT))
Utskrift fra Python:
Points = [(1, 1), (6, 2), (5, 7), (2, 8)]
Coordinate sum = Matrix([[14, 18]])
Centroid T = Matrix([[7/2, 9/2]])
Decimal T = (3.50000000000000, 4.50000000000000)
Fasit: \(T=(7/2,9/2)=(3.5,4.5)\).
Vanlig feil: Å dele på antall koordinater (8) i stedet for antall punkter (4).
Sensorpunkt: Begge koordinatene må gjennomsnittsberegnes.
Del 1 - Oppgave 5cUkjent hjørne fra tyngdepunkt
Oppgave 5c
Oppgave: Punktene \(E(0,3),F(2,-2),G(7,3)\) og H har tyngdepunkt \(T(3,2)\). Finn H.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Fire ganger tyngdepunktet er summen av de fire posisjonsvektorene.
Steg 1 - Total sum
\[4T=(12,8).\]
Steg 2 - Kjente x-koordinater
\(0+2+7=9\).
Steg 3 - Kjente y-koordinater
\(3-2+3=4\).
Steg 4 - Trekk fra
\[H=(12,8)-(9,4).\]
Steg 5 - Resultat
\[H=(3,4).\]
Steg 6 - Kontroll
Gjennomsnittet av alle fire punkter blir \((3,2)\).
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
H=4(3,2)-(0,3)-(2,-2)-(7,3)
\((3,4)\)
Tolkning: Vektorlikningen løses direkte for H.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspE=sp.Matrix([0,3]);F=sp.Matrix([2,-2]);G=sp.Matrix([7,3]);T=sp.Matrix([3,2])H=4*T-E-F-Gcheck=(E+F+G+H)/4print("4T =",(4*T).T)print("E+F+G =",(E+F+G).T)print("H =",H.T)print("Centroid check =",check.T)print("Check equals T =",check==T)
Utskrift fra Python:
4T = Matrix([[12, 8]])
E+F+G = Matrix([[9, 4]])
H = Matrix([[3, 4]])
Centroid check = Matrix([[3, 2]])
Check equals T = True
Fasit: \(H=(3,4)\).
Vanlig feil: Å bruke T i stedet for 4T i vektorlikningen.
Sensorpunkt: Tilbakekontroll av tyngdepunktet bør være med.
Del 1 - Oppgave 6aHypergeometrisk sannsynlighet
Oppgave 6a
Oppgave: En krukke har 2 røde og 2 blå kuler. To trekkes uten tilbakelegging. Finn sannsynligheten for lik farge.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Lik farge betyr enten to røde eller to blå.
Steg 1 - Totalt antall par
\(\binom42=6\).
Steg 2 - To røde
\(\binom22=1\).
Steg 3 - To blå
\(\binom22=1\).
Steg 4 - Gunstige par
\(1+1=2\).
Steg 5 - Sannsynlighet
\[P=\frac{2}{6}=\frac13.\]
Steg 6 - Tolk
Mia må ta oppvasken med sannsynlighet omtrent 33,3 %.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
(nCr(2,2)+nCr(2,2))/nCr(4,2)
\(1/3\)
Tolkning: Kombinasjoner teller uordnede trekk uten tilbakelegging.
Utskrift fra Python:
All pairs = 6
Red-red pairs = 1
Blue-blue pairs = 1
Favorable pairs = 2
Probability = 0.3333333333333333
Exact fraction = 1/3
Fasit: \(P(\text{lik farge})=1/3\).
Vanlig feil: Å behandle trekkene som uavhengige selv om det ikke er tilbakelegging.
Sensorpunkt: Begge tilfellene, RR og BB, må tas med.
Del 1 - Oppgave 6bMinste heltall i sannsynlighetsmodell
Oppgave 6b
Oppgave: Hvor mange røde kuler må det minst være når det fortsatt er 2 blå, dersom sannsynligheten for ulik farge skal være mindre enn 50 %?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? La r være antall røde kuler. Et ulikt par består av én rød og én blå.
Steg 1 - Gunstige par
Det finnes \(2r\) rød-blå-par.
Steg 2 - Totalt antall par
\(\binom{r+2}{2}=(r+2)(r+1)/2\).
Steg 3 - Sannsynlighet
\[P(\text{ulik})=\frac{4r}{(r+2)(r+1)}.\]
Steg 4 - Ulikhet
\[\frac{4r}{(r+2)(r+1)}<\frac12\iff r^2-5r+2>0.\]
Steg 5 - Heltallskontroll
For r=4 er sannsynligheten \(8/15>1/2\); for r=5 er den \(10/21<1/2\).
Steg 6 - Minimum
Det må minst være 5 røde kuler.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Sequence[4r/((r+2)(r+1)),r,2,8]
Første verdi under 0,5 ved r=5
Tolkning: Kontrollen av r=4 og r=5 dokumenterer minste heltall.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
fromfractionsimportFractiondefp_unlike(r):returnFraction(4*r,(r+2)*(r+1))forrinrange(2,7):print("r =",r,"P(unlike) =",p_unlike(r),"=",float(p_unlike(r)))first=next(rforrinrange(2,100)ifp_unlike(r)<Fraction(1,2))print("First r below 1/2 =",first)print("Previous probability =",p_unlike(first-1))print("Current probability =",p_unlike(first))
Utskrift fra Python:
r = 2 P(unlike) = 2/3 = 0.6666666666666666
r = 3 P(unlike) = 3/5 = 0.6
r = 4 P(unlike) = 8/15 = 0.5333333333333333
r = 5 P(unlike) = 10/21 = 0.47619047619047616
r = 6 P(unlike) = 3/7 = 0.42857142857142855
First r below 1/2 = 5
Previous probability = 8/15
Current probability = 10/21
Fasit: Det må minst være \(5\) røde kuler.
Vanlig feil: Å finne en verdi som virker uten å kontrollere at forrige heltall ikke virker.
Sensorpunkt: Formel og minimumskontroll ved r=4 og r=5.
Del 1 - Oppgave 7aMonotoni via den deriverte
Oppgave 7a
Oppgave: For \(f(x)=(x+2)(x^2+x+5)\), vis at grafen er stigende for alle x.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi deriverer og omskriver den deriverte til en åpenbart positiv form.
Steg 1 - Utvid
\[f(x)=x^3+3x^2+7x+10.\]
Steg 2 - Deriver
\[f^\prime(x)=3x^2+6x+7.\]
Steg 3 - Fullfør kvadratet
\[f^\prime(x)=3(x+1)^2+4.\]
Steg 4 - Positivitet
\((x+1)^2\ge0\), derfor er \(3(x+1)^2+4>0\).
Steg 5 - Monotoni
Når den deriverte er positiv overalt, er f strengt stigende.
Steg 6 - Konklusjon
Grafen er stigende for alle reelle x.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Derivative[(x+2)(x^2+x+5)]
\(3x^2+6x+7\)
2
CompleteSquare[3x^2+6x+7]
\(3(x+1)^2+4\)
Tolkning: Den minste verdien av den deriverte er 4.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)f=(x+2)*(x**2+x+5)f_prime=sp.expand(sp.diff(f,x))completed=3*(x+1)**2+4minimum=sp.minimum(f_prime,x,sp.S.Reals)print("Expanded f =",sp.expand(f))print("f'(x) =",f_prime)print("Completed square =",completed)print("Difference =",sp.expand(f_prime-completed))print("Minimum of f' =",minimum)print("Strictly positive =",minimum>0)
Utskrift fra Python:
Expanded f = x**3 + 3*x**2 + 7*x + 10
f'(x) = 3*x**2 + 6*x + 7
Completed square = 3*(x + 1)**2 + 4
Difference = 0
Minimum of f' = 4
Strictly positive = True
Fasit: \(f^\prime(x)=3(x+1)^2+4>0\), så f er strengt stigende.
Vanlig feil: Å bare se på koeffisienten foran x² uten å finne minimum.
Sensorpunkt: Positiv deriverte må begrunnes for alle x.
Del 1 - Oppgave 7bVendepunkt
Oppgave 7b
Oppgave: Bestem eventuelle vendepunkt på grafen til f.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Et vendepunkt oppstår når den andrederiverte skifter fortegn.
Steg 1 - Førstederivert
\(f^\prime(x)=3x^2+6x+7\).
Steg 2 - Andrederivert
\[f^{\prime\prime}(x)=6x+6.\]
Steg 3 - Kandidat
\(6x+6=0\Rightarrow x=-1\).
Steg 4 - Fortegnsskifte
Andrederiverten er negativ før -1 og positiv etter -1.
Steg 5 - y-koordinat
\[f(-1)=(1)(5)=5.\]
Steg 6 - Vendepunkt
Grafen har vendepunkt \((-1,5)\).
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[Derivative[(x+2)(x^2+x+5),2]=0,x]
\(x=-1\)
2
f(-1)
\(5\)
Tolkning: Fortegnsskiftet i f'' bekrefter vendepunktet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)f=(x+2)*(x**2+x+5)f2=sp.diff(f,x,2)x0=sp.solve(sp.Eq(f2,0),x)[0]y0=sp.expand(f).subs(x,x0)print("f''(x) =",f2)print("Candidate x =",x0)print("f''(-2) =",f2.subs(x,-2))print("f''(0) =",f2.subs(x,0))print("y-coordinate =",y0)print("Inflection point =",(x0,y0))
Utskrift fra Python:
f''(x) = 6*(x + 1)
Candidate x = -1
f''(-2) = -6
f''(0) = 6
y-coordinate = 5
Inflection point = (-1, 5)
Fasit: Vendepunktet er \((-1,5)\).
Vanlig feil: Å finne x=-1, men glemme å beregne y-koordinaten eller fortegnsskiftet.
Sensorpunkt: Andrederivert, fortegnsskifte og punktkoordinater.
Del 1 - Oppgave 7cGrafskisse
Oppgave 7c
Oppgave: Lag en skisse av grafen til f.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi samler nullpunkt, skjæring med y-aksen, monotoni og vendepunkt.
Steg 1 - Nullpunkt
Faktoren \(x+2\) gir x=-2. Andregradsfaktoren har negativ diskriminant og ingen reelle nullpunkter.
Steg 2 - y-akse
\(f(0)=10\).
Steg 3 - Monotoni
Grafen er strengt stigende.
Steg 4 - Vendepunkt
Vendepunktet er \((-1,5)\).
Steg 5 - Endeadferd
Som tredjegrad med positivt ledende ledd går grafen mot \(-\infty\) til venstre og \(+\infty\) til høyre.
Steg 6 - Skisse
Tegn en stigende S-kurve gjennom \((-2,0),(-1,5),(0,10)\).
Grafen viser alle sentrale kjennetegn.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
f(x)=(x+2)(x^2+x+5)
Funksjon
2
Root[f]
\((-2,0)\)
3
InflectionPoint[f]
\((-1,5)\)
Tolkning: Nøkkelpunktene bestemmer en korrekt kvalitativ skisse.
Sentralvinklene 120°, 140° og 100° bestemmer trekantvinklene.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
alpha=140/2
\(70^\circ\)
2
beta=(360-120-140)/2
\(50^\circ\)
3
gamma=120/2
\(60^\circ\)
Tolkning: De tre vinklene summerer til 180 grader.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
central_AB=120central_BC=140central_AC=360-central_AB-central_BCangle_A=central_BC/2angle_B=central_AC/2angle_C=central_AB/2print("Central angle AB =",central_AB)print("Central angle BC =",central_BC)print("Central angle AC =",central_AC)print("Angle A =",angle_A)print("Angle B =",angle_B)print("Angle C =",angle_C)print("Triangle angle sum =",angle_A+angle_B+angle_C)
Utskrift fra Python:
Central angle AB = 120
Central angle BC = 140
Central angle AC = 100
Angle A = 70.0
Angle B = 50.0
Angle C = 60.0
Triangle angle sum = 180.0
Vanlig feil: Å bruke differansen av grunnlinjene; midtlinjen er gjennomsnittet av lengdene.
Sensorpunkt: En klar koordinat- eller vektorbevisføring.
Del 2 - med hjelpemidler
Del 2 - Oppgave 1aBinomisk modell og forutsetninger
Oppgave 1a
Oppgave: Gran Canaria har i gjennomsnitt 300 soldager i året. Forklar hvordan sannsynligheten for 14 soldager på rad kan bli 6,4 %.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Agnete har sannsynligvis brukt en binomisk/produktmodell med konstant dagsannsynlighet.
Steg 1 - Dagsannsynlighet
\[p=\frac{300}{365}.\]
Steg 2 - Alle 14 dager
For 14 soldager må alle 14 forsøk lykkes.
Steg 3 - Produkt
\[P=p^{14}=\left(\frac{300}{365}\right)^{14}.\]
Steg 4 - Beregn
\[P\approx0.06421=6.42\%.\]
Steg 5 - Forutsetning 1
Hver dag antas å ha samme sannsynlighet p for sol.
Steg 6 - Forutsetning 2
Dagene antas uavhengige, og årsgjennomsnittet antas representativt for perioden.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
p=300/365
\(0.8219178\)
2
p^14
\(0.0642092\)
Tolkning: Produktet gir omtrent 6,4 prosent.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
p=300/365probability=p**14print("Sunny-day probability p =",p)print("Number of days =",14)print("P(all 14 sunny) =",probability)print("Percent =",100*probability)print("Rounded percent =",round(100*probability,1))print("Assumptions: constant p and independent days")
Utskrift fra Python:
Sunny-day probability p = 0.821917808219178
Number of days = 14
P(all 14 sunny) = 0.06420923026849663
Percent = 6.420923026849663
Rounded percent = 6.4
Assumptions: constant p and independent days
Fasit: \(P=(300/365)^{14}\approx0.0642=6.4\%\), under antakelser om konstant p og uavhengige dager.
Vanlig feil: Å bruke 300/365 som sannsynligheten for hele 14-dagersperioden.
Sensorpunkt: Beregning og modellforutsetninger må begge drøftes.
Del 2 - Oppgave 1bBinomisk sannsynlighet over flere år
Oppgave 1b
Oppgave: Finn sannsynligheten for bare soldager på minst 2 av 8 framtidige feriereiser.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Hver reise regnes som et forsøk med suksessannsynlighet \(q=(300/365)^{14}\).
Steg 1 - Modell
\(X\sim\operatorname{Bin}(8,q)\), der \(q\approx0.0642092\).
Steg 2 - Hendelse
Vi ønsker \(P(X\ge2)\).
Steg 3 - Komplement
\[P(X\ge2)=1-P(X=0)-P(X=1).\]
Steg 4 - Sett inn
\[1-(1-q)^8-8q(1-q)^7.\]
Steg 5 - Beregn
\[P(X\ge2)\approx0.0891247.\]
Steg 6 - Tolk
Sannsynligheten er omtrent 8,9 %.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
q=(300/365)^14
\(0.0642092\)
2
1-BinomialDist[8,q,1,true]
\(0.0891247\)
Tolkning: Komplementet til høyst én vellykket reise gir minst to.
Vanlig feil: Å bruke den negative tiden eller glemme startshøyden 1 m.
Sensorpunkt: Positivt nullpunkt og x-innsetting må dokumenteres.
Del 2 - Oppgave 2bTegne parameterkurver
Oppgave 2b
Oppgave: Tegn banene til \(\vec r_A(t)=[9t,1+7t-5t^2]\) og \(\vec r_B(t)=[25-8t,1+7t-5t^2]\) i samme koordinatsystem.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Begge kulene har samme høydefunksjon, men beveger seg i motsatt x-retning.
Steg 1 - Gyldig tidsintervall
Tegn fra t=0 til positivt bakkenullpunkt \(t\approx1.5307\).
Steg 2 - Rikard
Bruk parameterkurven \((9t,1+7t-5t^2)\).
Steg 3 - Berit
Bruk parameterkurven \((25-8t,1+7t-5t^2)\).
Steg 4 - Startpunkter
Rikard starter i \((0,1)\), Berit i \((25,1)\).
Steg 5 - Felles høyde
For samme t har de alltid samme y-koordinat.
Steg 6 - Dokumentasjon
Vis parameterintervall og akseenheter i grafverktøyet.
Kulebanene er tegnet i samme x-y-koordinatsystem.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Curve[9t,1+7t-5t^2,t,0,(7+sqrt(69))/10]
Rikards bane
2
Curve[25-8t,1+7t-5t^2,t,0,(7+sqrt(69))/10]
Berits bane
Tolkning: Kurvene møtes før begge treffer bakken.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importnumpyasnpimportmatht_end=(7+math.sqrt(69))/10t=np.linspace(0,t_end,6)xa=9*t;xb=25-8*t;y=1+7*t-5*t**2print("Impact time =",t_end)print("t sample =",t)print("Rikard x sample =",xa)print("Berit x sample =",xb)print("Common y sample =",y)print("Start points =",(0,1),(25,1))
Utskrift fra Python:
Impact time = 1.5306623862918074
t sample = [0. 0.30613248 0.61226495 0.91839743 1.22452991 1.53066239]
Rikard x sample = [ 0. 2.7551923 5.51038459 8.26557689 11.02076918 13.77596148]
Berit x sample = [25. 22.55094018 20.10188036 17.65282055 15.20376073 12.75470091]
Common y sample = [1.00000000e+00 2.67434187e+00 3.41151281e+00 3.21151281e+00
2.07434187e+00 1.77635684e-15]
Start points = (0, 1) (25, 1)
Fasit: Banene er de to parameterkurvene vist i figuren for \(0\le t\le(7+\sqrt{69})/10\).
Vanlig feil: Å tegne y som funksjon av t på en akse som skal vise x mot y.
Sensorpunkt: Begge parameteruttrykk og korrekt tidsintervall.
Del 2 - Oppgave 2cKollisjon mellom to parameterbevegelser
Oppgave 2c
Oppgave: Vil kulene treffe hverandre?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Siden y-koordinatene er identiske ved samme t, trenger vi bare å løse likheten mellom x-koordinatene og kontrollere at kulene fortsatt er i luften.
Steg 1 - Lik x
\[9t=25-8t.\]
Steg 2 - Løs
\[17t=25\Rightarrow t=25/17\approx1.4706.\]
Steg 3 - Sammenlikn med landing
\(25/17<1.5307\), så møtet skjer før bakken.
Steg 4 - Møtepunkt x
\[x=9\cdot25/17=225/17.\]
Steg 5 - Møtepunkt y
\[y=1+7(25/17)-5(25/17)^2=139/289>0.\]
Steg 6 - Konklusjon
Ja, de treffer hverandre omtrent 0,48 m over bakken.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[9t=25-8t,t]
\(25/17\)
2
Substitute[(9t,1+7t-5t^2),t,25/17]
\((225/17,139/289)\)
Tolkning: Den positive høyden viser at kollisjonen skjer i luften.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspt=sp.symbols("t",real=True)t_meet=sp.solve(sp.Eq(9*t,25-8*t),t)[0]x_meet=sp.simplify(9*t_meet)y_meet=sp.simplify(1+7*t_meet-5*t_meet**2)t_hit=(7+sp.sqrt(69))/10print("Meeting time =",t_meet)print("Decimal meeting time =",sp.N(t_meet,10))print("Ground-hit time =",sp.N(t_hit,10))print("Meeting point =",(x_meet,y_meet))print("Decimal height =",sp.N(y_meet,10))print("Meeting before ground =",bool(t_meet<t_hit))
Utskrift fra Python:
Meeting time = 25/17
Decimal meeting time = 1.470588235
Ground-hit time = 1.530662386
Meeting point = (225/17, 139/289)
Decimal height = 0.4809688581
Meeting before ground = True
Fasit: Ja. De møtes ved \(t=25/17\) i punktet \((225/17,139/289)\).
Vanlig feil: Å løse x-likheten uten å kontrollere at tidspunktet er før kulene treffer bakken.
Sensorpunkt: Tid, punkt og fysisk gyldighet må kontrolleres.
Del 2 - Oppgave 2dParameterdrøfting
Oppgave 2d
Oppgave: Ville svaret blitt annerledes dersom Berit hadde stått nærmere Rikard, med samme kast?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? La startavstanden være d meter, der \(0<d<25\). Da er Berits x-koordinat \(d-8t\).
Steg 1 - Ny møtetid
\[9t=d-8t\Rightarrow t=d/17.\]
Steg 2 - Nærmere betyr tidligere
Når \(d<25\), får vi \(t<25/17\).
Steg 3 - Tidligere enn landing
Vi vet at \(25/17\) allerede er før landingstidspunktet.
Steg 4 - Høyden
For \(0\le t\le25/17\) er høyden positiv.
Steg 5 - Konklusjon
De vil fortsatt treffes, bare tidligere og nærmere Rikard.
Steg 6 - Generell grense
Faktisk kan startavstanden være opptil omtrent 26,02 m før møtet blir etter landing.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
t=d/17
Møtetid
2
17(7+sqrt(69))/10
\(26.0213\text{ m}\)
Tolkning: Alle avstander mindre enn 25 m er under den maksimale kollisjonsavstanden.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspd=sp.symbols("d",positive=True)t_meet=d/17t_hit=(7+sp.sqrt(69))/10d_max=sp.simplify(17*t_hit)print("Meeting time for distance d =",t_meet)print("Original meeting time for d=25 =",t_meet.subs(d,25))print("Impact time =",t_hit)print("Largest distance for meeting before impact =",d_max)print("Decimal largest distance =",sp.N(d_max,10))print("25 m is below limit =",bool(25<d_max))
Utskrift fra Python:
Meeting time for distance d = d/17
Original meeting time for d=25 = 25/17
Impact time = 7/10 + sqrt(69)/10
Largest distance for meeting before impact = 119/10 + 17*sqrt(69)/10
Decimal largest distance = 26.02126057
25 m is below limit = True
Fasit: Nei. Hvis Berit står nærmere enn 25 m, møtes kulene fortsatt, men tidligere.
Vanlig feil: Å anta at samme kast betyr samme startpunkt eller endre y-funksjonen.
Sensorpunkt: En parameter d og tids-/landingskontroll gir en fullgod drøfting.
Del 2 - Oppgave 3Maksimering av rektangelareal
Oppgave 3
Oppgave: For \(f(x)=6x-x^2\) på \([0,6]\) har rektangelet venstre side ved x=a og høyre hjørne C på grafen. Finn eksakt a som maksimerer arealet.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Parabelen er symmetrisk om x=3. Punktet på høyre side med samme høyde har x-koordinat \(6-a\).
Steg 1 - Bredde
\[(6-a)-a=6-2a.\]
Steg 2 - Høyde
\[f(a)=6a-a^2.\]
Steg 3 - Arealfunksjon
\[A(a)=(6-2a)(6a-a^2)=2a^3-18a^2+36a.\]
Steg 4 - Deriver
\[A^\prime(a)=6a^2-36a+36=6(a^2-6a+6).\]
Steg 5 - Kritiske verdier
\[a=3\pm\sqrt3.\] Bare \(3-\sqrt3\) ligger i \((0,3)\).
Steg 6 - Maksimum
Endepunktene gir areal 0, og den indre kritiske verdien gir maksimum.
Rektangelets sider ligger ved x=a og x=6-a.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
A(a)=(6-2a)(6a-a^2)
Arealfunksjon
2
Extremum[A,0,3]
\(a=3-\sqrt3\)
Tolkning: CAS finner den eneste indre maksimalverdien.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspa=sp.symbols("a",real=True)A=(6-2*a)*(6*a-a**2)A_prime=sp.factor(sp.diff(A,a))critical=sp.solve(sp.Eq(A_prime,0),a)valid=[rforrincriticalif0<r<3]maximum_area=sp.simplify(A.subs(a,valid[0]))print("A(a) =",sp.expand(A))print("A'(a) =",A_prime)print("Critical values =",critical)print("Valid critical value =",valid[0])print("A at endpoints =",A.subs(a,0),A.subs(a,3))print("Maximum area =",maximum_area)print("Decimal a =",sp.N(valid[0],10))
Utskrift fra Python:
A(a) = 2*a**3 - 18*a**2 + 36*a
A'(a) = 6*(a**2 - 6*a + 6)
Critical values = [3 - sqrt(3), sqrt(3) + 3]
Valid critical value = 3 - sqrt(3)
A at endpoints = 0 0
Maximum area = 12*sqrt(3)
Decimal a = 1.267949192
Fasit: \(a=3-\sqrt3\). Maksimalarealet er \(12\sqrt3\).
Vanlig feil: Å anta at rektangelets bredde er 6-a; venstre side starter ved a.
Sensorpunkt: Symmetri, korrekt arealfunksjon og kontroll av intervallet.
Del 2 - Oppgave 4aAndrederivert og oskulerende sirkel
Oppgave 4a
Oppgave: For \(h(x)=x^2\) og \(g(x)=r-\sqrt{r^2-x^2}\), bestem r slik at \(g^{\prime\prime}(0)=h^{\prime\prime}(0)\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi beregner begge andrederiverte i origo.
Vanlig feil: Å sette g'(0)=h'(0); de er allerede begge 0. Oppgaven krever andrederivert.
Sensorpunkt: Korrekt andrederivasjon og positiv radius.
Del 2 - Oppgave 4bKrumningsradiusformelen
Oppgave 4b
Oppgave: Bruk \[r(a)=\sqrt{\frac{(1+(f^\prime(a))^2)^3}{(f^{\prime\prime}(a))^2}}\] til å finne krumningsradiusen til \(h(x)=x^2\) ved x=0.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi setter inn første- og andrederivert i formelen.
Steg 1 - Deriver
\(h^\prime(x)=2x\), \(h^{\prime\prime}(x)=2\).
Steg 2 - Verdier ved 0
\(h^\prime(0)=0\), \(h^{\prime\prime}(0)=2\).
Steg 3 - Sett inn
\[r(0)=\sqrt{\frac{(1+0^2)^3}{2^2}}.\]
Steg 4 - Forenkle
\[r(0)=\sqrt{\frac14}.\]
Steg 5 - Positiv lengde
Radius er positiv, så \(r(0)=1/2\).
Steg 6 - Sammenlikn
Resultatet samsvarer med den direkte sirkelberegningen i a.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
sqrt((1+(2*0)^2)^3/(2^2))
\(1/2\)
Tolkning: Formelen gir samme krumningsradius som i del a.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)h=x**2h1=sp.diff(h,x)h2=sp.diff(h,x,2)radius=sp.sqrt((1+h1.subs(x,0)**2)**3/(h2.subs(x,0)**2))print("h'(x) =",h1)print("h''(x) =",h2)print("h'(0) =",h1.subs(x,0))print("h''(0) =",h2.subs(x,0))print("Radius formula value =",radius)print("Decimal radius =",sp.N(radius,10))
Utskrift fra Python:
h'(x) = 2*x
h''(x) = 2
h'(0) = 0
h''(0) = 2
Radius formula value = 1/2
Decimal radius = 0.5000000000
Fasit: Krumningsradiusen er \(1/2\).
Vanlig feil: Å glemme kvadratet rundt f'' eller tredje potens i telleren.
Sensorpunkt: Direkte innsetting i den oppgitte formelen.
Del 2 - Oppgave 4cMinimering av krumningsradius med CAS
Oppgave 4c
Oppgave: For \(f(x)=\ln x\), finn punktet med minst krumningsradius og den minste radiusen.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Funksjonen har domene x>0. Vi forenkler radiusfunksjonen og minimerer den.
Utskrift fra Python:
f'(x) = 1/x
f''(x) = -1/x**2
rho(x) = (x**2 + 1)**(3/2)/x
rho'(x) = sqrt(x**2 + 1)*(2*x**2 - 1)/x**2
x at minimum = sqrt(2)/2
Point y-value = -log(2)/2
Minimum radius = 3*sqrt(3)/2
Decimal radius = 2.598076211
Fasit: Punktet er \(\left(1/\sqrt2,-\tfrac12\ln2\right)\), og minste krumningsradius er \(3\sqrt3/2\).
Vanlig feil: Å ta med den negative løsningen for x; ln x krever x>0.
Sensorpunkt: Domene, radiusfunksjon, kritisk punkt og eksakt minimum.
Kilde og metode: Oppgavetekstene er transkribert fra Utdanningsdirektoratets eksamenssett REA3022 Matematikk R1, høsten 2020. Sidebildene fra original-PDF-en er brukt som autoritativ kilde ved symboler og figurer. Løsningene, figurene og kontrollkodene er originale ifingo-utarbeidelser. Python-utskriftene er generert ved faktisk kjøring av hver kodeblokk under produksjonen.
ifingo-lærerenHjelper deg å forstå
ifingo-læreren hjelper deg å forstå – ikke å gjøre leksene for deg 💜