Vanlig feil: Å derivere nevneren uten kvotientregel eller omskriving.
Sensorpunkt: Den indre deriverte -2x må være med.
Del 1 - Oppgave 2aLogaritmelikning
Oppgave 2a
Oppgave: Løs likningen \[\lg(x^3)-2\lg x=3.\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi må først angi domenet og deretter bruke logaritmereglene.
Steg 1 – Domene
Begge logaritmene krever \(x>0\).
Steg 2 – Potensregelen
For positive x er \(\lg(x^3)=3\lg x\).
Steg 3 – Forenkle likningen
\[3\lg x-2\lg x=3\quad\Rightarrow\quad\lg x=3.\]
Steg 4 – Gå tilbake fra logaritme
\[x=10^3=1000.\]
Steg 5 – Kontroller
\(\lg(1000^3)-2\lg(1000)=9-6=3\).
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[log(10,x^3)-2 log(10,x)=3,x]
\(x=1000\)
Tolkning: Løsningen oppfyller domenekravet x>0.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",positive=True)solution=sp.Integer(1000)lhs=sp.log(solution**3,10)-2*sp.log(solution,10)print("Domain: x > 0")print("Reduced equation: log10(x) = 3")print("Solution x =",solution)print("Left side at x=1000 =",sp.simplify(lhs))print("Equation satisfied =",sp.simplify(lhs-3)==0)
Utskrift fra Python:
Domain: x > 0
Reduced equation: log10(x) = 3
Solution x = 1000
Left side at x=1000 = 3
Equation satisfied = True
Fasit: \(x=1000\).
Vanlig feil: Å glemme at x må være positiv.
Sensorpunkt: Logaritmeregelen og domenekontrollen skal framgå.
Del 1 - Oppgave 2bEksponentiallikning med substitusjon
Oppgave 2b
Oppgave: Løs likningen \[e^x-2e^{-x}-1=0.\]
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi innfører en positiv hjelpevariabel for å få en andregradslikning.
Steg 1 – Substitusjon
Sett \(y=e^x\). Da er \(y>0\) og \(e^{-x}=1/y\).
Steg 2 – Sett inn
\[y-\frac2y-1=0.\]
Steg 3 – Multipliser med y
\[y^2-y-2=0.\]
Steg 4 – Faktoriser
\[(y-2)(y+1)=0.\]
Steg 5 – Bruk positiviteten
\(y=-1\) forkastes, mens \(y=2\).
Steg 6 – Tilbake til x
\[e^x=2\quad\Rightarrow\quad x=\ln2.\]
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[exp(x)-2exp(-x)-1=0,x]
\(x=\ln2\)
Tolkning: CAS beholder bare den reelle løsningen som svarer til e^x>0.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx,y=sp.symbols("x y",real=True)quadratic=y**2-y-2roots=sp.solve(sp.Eq(quadratic,0),y)valid=[rforrinrootsifr.is_positive]solution=sp.log(valid[0])print("Quadratic in y =",quadratic)print("Roots for y =",roots)print("Positive root =",valid[0])print("Solution x =",solution)print("Original left side =",sp.simplify(sp.exp(solution)-2*sp.exp(-solution)-1))
Utskrift fra Python:
Quadratic in y = y**2 - y - 2
Roots for y = [-1, 2]
Positive root = 2
Solution x = log(2)
Original left side = 0
Fasit: \(x=\ln2\).
Vanlig feil: Å godta y=-1 selv om y=e^x alltid er positiv.
Sensorpunkt: Substitusjonen og forkastingen av den ugyldige roten må forklares.
\[x^3-4x^2+2x+7=(x+1)(x^2-5x+7).\] Dermed \(A(x)=x^2-5x+7\).
Steg 3 – Deriver
\[A\prime(x)=2x-5.\]
Steg 4 – Finn kritisk punkt
\[2x-5=0\quad\Rightarrow\quad x=\frac52.\]
Steg 5 – Bekreft minimum
\(A\prime\prime(x)=2>0\), så punktet gir minimum.
Steg 6 – Finn høyden
\[h=x+1=\frac52+1=\frac72.\]
Parabelen har sitt minimum ved x=5/2.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
A(x):=(x^3-4x^2+2x+7)/(x+1)
\(x^2-5x+7\)
2
Extremum[A]
\((2.5,0.75)\)
Tolkning: Minimumspunktet har x=2,5, og høyden blir x+1=3,5.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)V=x**3-4*x**2+2*x+7h=x+1A=sp.cancel(V/h)critical=sp.solve(sp.Eq(sp.diff(A,x),0),x)[0]height=sp.simplify(critical+1)print("V(x) =",V)print("h(x) =",h)print("Base area A(x) =",A)print("A'(x) =",sp.diff(A,x))print("Critical x =",critical)print("A''(x) =",sp.diff(A,x,2))print("Optimal height h =",height)print("Minimum area =",sp.simplify(A.subs(x,critical)))
Utskrift fra Python:
V(x) = x**3 - 4*x**2 + 2*x + 7
h(x) = x + 1
Base area A(x) = x**2 - 5*x + 7
A'(x) = 2*x - 5
Critical x = 5/2
A''(x) = 2
Optimal height h = 7/2
Minimum area = 3/4
Fasit: Den optimale høyden er \(h=\dfrac72=3{,}5\).
Vanlig feil: Å minimere volumet i stedet for grunnflatearealet.
Sensorpunkt: Arealfunksjonen, kritisk punkt og minimumskontroll skal dokumenteres.
Hva spør oppgaven om? Direkte innsetting gir 0/0, så vi faktoriserer før vi tar grensen.
Steg 1 – Identifiser ubestemt form
Ved x=1 blir både teller og nevner 0.
Steg 2 – Faktoriser telleren
\[x^2-1=(x-1)(x+1).\]
Steg 3 – Forkort for x ulik 1
\[\frac{x^2-1}{x-1}=x+1.\]
Steg 4 – Ta grensen
\[\lim_{x\to1}(x+1)=2.\]
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Limit[(x^2-1)/(x-1),x,1]
\(2\)
Tolkning: CAS beregner grensen etter at den fjernbare diskontinuiteten er håndtert.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x")expr=(x**2-1)/(x-1)factored=sp.factor(x**2-1)simplified=sp.cancel(expr)limit_value=sp.limit(expr,x,1)print("Expression =",expr)print("Factored numerator =",factored)print("Simplified for x != 1 =",simplified)print("Limit as x -> 1 =",limit_value)print("Direct substitution gives 0/0, not the limit")
Utskrift fra Python:
Expression = (x**2 - 1)/(x - 1)
Factored numerator = (x - 1)*(x + 1)
Simplified for x != 1 = x + 1
Limit as x -> 1 = 2
Direct substitution gives 0/0, not the limit
Fasit: Grenseverdien er \(2\).
Vanlig feil: Å konkludere med at grensen er 0/0.
Sensorpunkt: Faktorisering og forkorting må gjøres før innsetting.
Del 1 - Oppgave 6aKontinuitet i stykkevis funksjon
Oppgave 6a
Oppgave: Bestem k slik at \[f(x)=\begin{cases}x^2+1,&x<2\\x-k,&x\ge2\end{cases}\] blir kontinuerlig.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Kontinuitet i skjøtepunktet krever at venstre grenseverdi er lik funksjonsverdien fra høyre uttrykk.
Steg 1 – Venstre grense
\[\lim_{x\to2^-}(x^2+1)=2^2+1=5.\]
Steg 2 – Funksjonsverdien ved 2
Siden andre uttrykk gjelder for x=2, er \[f(2)=2-k.\]
Steg 3 – Kontinuitetskravet
\[2-k=5.\]
Steg 4 – Løs
\[-k=3\quad\Rightarrow\quad k=-3.\]
Steg 5 – Kontroll
Når k=-3, er høyre uttrykk x+3 og gir 5 ved x=2.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[2-k=2^2+1,k]
\(k=-3\)
Tolkning: Begge funksjonsgrenene får verdien 5 i skjøtepunktet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspk=sp.symbols("k",real=True)left_value=2**2+1right_value=2-ksolution=sp.solve(sp.Eq(right_value,left_value),k)[0]print("Left limit at x=2 =",left_value)print("Right value f(2) =",right_value)print("Continuity equation =",sp.Eq(right_value,left_value))print("k =",solution)print("Right value with k=-3 =",right_value.subs(k,solution))
Utskrift fra Python:
Left limit at x=2 = 5
Right value f(2) = 2 - k
Continuity equation = Eq(2 - k, 5)
k = -3
Right value with k=-3 = 5
Fasit: \(k=-3\).
Vanlig feil: Å sette de deriverte like i en kontinuitetsoppgave.
Sensorpunkt: Venstre grense og f(2) må settes lik hverandre.
Del 1 - Oppgave 6bDeriverbarhet i skjøtepunkt
Oppgave 6b
Oppgave: Avgjør om f er deriverbar i x=2 når \(k=-3\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? En kontinuerlig stykkevis funksjon er deriverbar bare dersom de ensidige deriverte også er like.
Steg 1 – Venstre gren
For x<2 er \(f(x)=x^2+1\), så \(f\prime(x)=2x\).
Steg 2 – Venstrederivert
\[f\prime_-(2)=2\cdot2=4.\]
Steg 3 – Høyre gren
Når k=-3 er høyre gren \(f(x)=x+3\), med derivert 1.
Steg 4 – Høyrederivert
\[f\prime_+(2)=1.\]
Steg 5 – Sammenlign
Siden 4 ikke er lik 1, har grafen et knekkpunkt og f er ikke deriverbar i x=2.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
LeftLimit[Derivative[x^2+1],x,2]
\(4\)
2
RightLimit[Derivative[x+3],x,2]
\(1\)
Tolkning: Ulike ensidige deriverte betyr at funksjonen ikke er deriverbar.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)left_branch=x**2+1right_branch=x+3left_slope=sp.diff(left_branch,x).subs(x,2)right_slope=sp.diff(right_branch,x).subs(x,2)print("Left branch =",left_branch)print("Right branch =",right_branch)print("Left derivative at 2 =",left_slope)print("Right derivative at 2 =",right_slope)print("Differentiable at x=2 =",left_slope==right_slope)
Utskrift fra Python:
Left branch = x**2 + 1
Right branch = x + 3
Left derivative at 2 = 4
Right derivative at 2 = 1
Differentiable at x=2 = False
Fasit: Nei. Venstrederivert er 4, mens høyrederivert er 1.
Vanlig feil: Å anta at kontinuitet automatisk gir deriverbarhet.
Sensorpunkt: Begge ensidige deriverte skal beregnes og sammenlignes.
Del 1 - Oppgave 7aPermutasjoner
Oppgave 7a
Oppgave: På hvor mange måter kan fire forskjellige sommerdekk plasseres på fire bestemte plasser?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi teller alle permutasjoner av fire forskjellige objekter.
Steg 1 – Første plass
Det finnes 4 valg for første plass.
Steg 2 – Andre plass
Etter første valg gjenstår 3 dekk.
Steg 3 – Siste plasser
Deretter er det 2 valg og til slutt 1 valg.
Steg 4 – Produktregelen
\[4\cdot3\cdot2\cdot1=4!=24.\]
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
nPr[4,4]
\(24\)
Tolkning: Antall bijektive plasseringer er 4 fakultet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importmathpositions=4count=math.factorial(positions)print("Number of tires =",positions)print("Choices by position = 4 * 3 * 2 * 1")print("4! =",count)print("Total placements =",count)print("Each placement is assumed equally likely")
Utskrift fra Python:
Number of tires = 4
Choices by position = 4 * 3 * 2 * 1
4! = 24
Total placements = 24
Each placement is assumed equally likely
Fasit: Det finnes \(24\) mulige plasseringer.
Vanlig feil: Å bruke 4^4, som tillater samme dekk flere steder.
Sensorpunkt: Det skal framgå at dekkene og plassene er forskjellige.
Del 1 - Oppgave 7bDerangement og sannsynlighet
Oppgave 7b
Oppgave: Bestem sannsynligheten for at alle fire dekkene plasseres på feil plass.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi teller permutasjonene uten faste punkter, altså derangements.
Steg 1 – Totalt antall
Fra a) har vi 24 like sannsynlige plasseringer.
Steg 2 – Tell derangements
For fire objekter er antallet \(!4=9\). Dette kan finnes ved inklusjon–eksklusjon.
Steg 3 – Sannsynlighet
\[P=\frac{9}{24}.\]
Steg 4 – Forkort
\[P=\frac38=0{,}375.\]
Steg 5 – Tolkning
Det er 37,5 prosent sannsynlighet for at ingen dekk havner riktig.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Subfactorial[4]
\(9\)
2
9/Factorial[4]
\(3/8\)
Tolkning: Derangement-tallet 9 divideres på alle 24 plasseringer.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importitertools,mathpermutations=list(itertools.permutations(range(4)))derangements=[pforpinpermutationsifall(p[i]!=iforiinrange(4))]probability=len(derangements)/len(permutations)print("Total placements =",len(permutations))print("Derangements =",len(derangements))print("Exact probability = 9/24 = 3/8")print("Decimal probability =",probability)print("Percent =",100*probability)
Utskrift fra Python:
Total placements = 24
Derangements = 9
Exact probability = 9/24 = 3/8
Decimal probability = 0.375
Percent = 37.5
Fasit: Sannsynligheten er \(\dfrac38=37{,}5\%\).
Vanlig feil: Å anta at hendelsene «dekk i feil posisjon» er uavhengige.
Sensorpunkt: Gunstige og mulige plasseringer skal telles korrekt.
Del 1 - Oppgave 8Sirkelgeometri
Oppgave 8
Oppgave: Bestem vinklene u, v og w når AB er diameter, \(\angle CBS=52^{\circ}\) og \(\angle DEB=79^{\circ}\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi bruker likebeint trekant, sentralvinkel, periferivinkel, vinkelen i en halvsirkel og trekantvinkelsum.
Steg 1 – Trekant SBC
Fordi SB=SC, er trekanten SBC likebeint. Dermed er \(\angle BCS=52^{\circ}\).
Utskrift fra Python:
angle BSC = 76
v = 104
angle CDB = 38.0
u = 52.0
angle AED = 101
w = 27.0
Triangle AED check = 180.0
Fasit: \(u=52^{\circ}\), \(v=104^{\circ}\) og \(w=27^{\circ}\).
Vanlig feil: Å blande sammen sentralvinkel og periferivinkel uten faktor 2.
Sensorpunkt: Hver vinkel må begrunnes med en navngitt sirkel- eller trekantregel.
Del 1 - Oppgave 9aFullføre kvadratet i sirkel
Oppgave 9a
Oppgave: Vis at (2,4) er sentrum i sirkelen \[x^2+y^2-4x-8y=5\] og bestem radiusen.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi samler x- og y-leddene og fullfører kvadratene.
Steg 1 – Gruppér
\[(x^2-4x)+(y^2-8y)=5.\]
Steg 2 – Fullfør x-kvadratet
\[x^2-4x=(x-2)^2-4.\]
Steg 3 – Fullfør y-kvadratet
\[y^2-8y=(y-4)^2-16.\]
Steg 4 – Sett inn
\[(x-2)^2-4+(y-4)^2-16=5.\]
Steg 5 – Standardform
\[(x-2)^2+(y-4)^2=25.\]
Steg 6 – Les av
Sentrum er (2,4), og radius er \(\sqrt{25}=5\).
Sirkelen har sentrum (2,4) og radius 5.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
CompleteSquare[x^2+y^2-4x-8y=5]
\((x-2)^2+(y-4)^2=25\)
Tolkning: Standardformen viser sentrum og radius direkte.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx,y=sp.symbols("x y",real=True)original=x**2+y**2-4*x-8*y-5standard=(x-2)**2+(y-4)**2-25print("Original left minus right =",original)print("Standard left minus right =",sp.expand(standard))print("Difference =",sp.expand(original-standard))print("Center = (2, 4)")print("Radius squared =",25)print("Radius =",sp.sqrt(25))
Utskrift fra Python:
Original left minus right = x**2 - 4*x + y**2 - 8*y - 5
Standard left minus right = x**2 - 4*x + y**2 - 8*y - 5
Difference = 0
Center = (2, 4)
Radius squared = 25
Radius = 5
Fasit: Sentrum er \((2,4)\), og radiusen er \(5\).
Vanlig feil: Å lese sentrum som (-2,-4) uten å fullføre kvadratene.
Sensorpunkt: Standardformen og radiusen må oppgis.
Del 1 - Oppgave 9bSkjæring mellom sirkel og x-akse
Oppgave 9b
Oppgave: Bestem skjæringspunktene mellom sirkelen og x-aksen.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? På x-aksen er y=0. Vi setter dette inn i sirkelens standardform.
Steg 1 – Bruk y=0
\[(x-2)^2+(0-4)^2=25.\]
Steg 2 – Forenkle
\[(x-2)^2+16=25.\]
Steg 3 – Isoler kvadratet
\[(x-2)^2=9.\]
Steg 4 – Ta kvadratrot
\[x-2=\pm3.\]
Steg 5 – Finn x-verdiene
\[x=-1\quad\text{eller}\quad x=5.\]
Steg 6 – Punktene
Skjæringspunktene er \((-1,0)\) og \((5,0)\).
De to markerte punktene er skjæringene med x-aksen.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Intersect[(x-2)^2+(y-4)^2=25,y=0]
\((-1,0),(5,0)\)
Tolkning: Begge punktene ligger fem enheter fra sentrum.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx=sp.symbols("x",real=True)equation=sp.Eq((x-2)**2+16,25)solutions=sp.solve(equation,x)print("Equation on x-axis =",equation)print("x-solutions =",solutions)points=[(value,0)forvalueinsolutions]print("Intersection points =",points)forvalueinsolutions:print(f"Circle check for x={value}:",sp.simplify((value-2)**2+16))
Utskrift fra Python:
Equation on x-axis = Eq((x - 2)**2 + 16, 25)
x-solutions = [-1, 5]
Intersection points = [(-1, 0), (5, 0)]
Circle check for x=-1: 25
Circle check for x=5: 25
Fasit: Skjæringspunktene er \((-1,0)\) og \((5,0)\).
Vanlig feil: Å glemme den negative kvadratroten.
Sensorpunkt: Begge punktene skal oppgis som koordinatpar.
Del 1 - Oppgave 10Vinkel mellom linjer
Oppgave 10
Oppgave: Linjen \(\ell\) har retningsvektor \((2,-1)\), og m går gjennom (0,0) og (2,4). Bestem vinkelen mellom linjene.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi finner en retningsvektor for m og bruker skalarprodukt.
Steg 1 – Retning for l
Fra parameterframstillingen får vi \(\vec u=(2,-1)\).
Steg 2 – Retning for m
\[\vec v=(2-0,4-0)=(2,4).\]
Steg 3 – Skalarprodukt
\[\vec u\cdot\vec v=2\cdot2+(-1)\cdot4=4-4=0.\]
Steg 4 – Normalitet
Når skalarproduktet er 0, står retningsvektorene normalt på hverandre.
Steg 5 – Vinkel
Den minste vinkelen mellom linjene er derfor \(90^{\circ}\).
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Angle[Vector[(2,-1)],Vector[(2,4)]]
\(90^{\circ}\)
Tolkning: Null skalarprodukt gir rett vinkel.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspu=sp.Matrix([2,-1])v=sp.Matrix([2,4])dot=u.dot(v)cosine=sp.simplify(dot/(sp.sqrt(u.dot(u))*sp.sqrt(v.dot(v))))angle=sp.acos(cosine)*180/sp.piprint("Direction l =",tuple(u))print("Direction m =",tuple(v))print("Dot product =",dot)print("cos(angle) =",cosine)print("Angle in degrees =",sp.simplify(angle))
Utskrift fra Python:
Direction l = (2, -1)
Direction m = (2, 4)
Dot product = 0
cos(angle) = 0
Angle in degrees = 90
Fasit: Vinkelen mellom linjene er \(90^{\circ}\).
Vanlig feil: Å bruke punktene på m som om de var to separate retningsvektorer.
Sensorpunkt: Retningsvektorene og skalarproduktet skal vises.
Del 1 - Oppgave 11Normal til parabel og tangentsirkel
Oppgave 11
Oppgave: En sirkel tangerer \(y=x^2\) i \((3/2,9/4)\) og \((-3/2,9/4)\). Bestem sirkelens sentrum.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Symmetrien viser at sentrum ligger på y-aksen. Radiusen i et tangeringspunkt står normalt på tangenten.
Steg 1 – Symmetri
Tangeringspunktene er speilbilder om y-aksen, så sentrum har form \(S=(0,a)\).
Steg 2 – Tangentstigning
For \(f(x)=x^2\) er \(f\prime(x)=2x\). Ved \(x=3/2\) er stigningen 3.
Steg 3 – Tangentvektor
En tangentvektor kan være \((1,3)\).
Steg 4 – Radiusvektor
Fra S til punktet er \[\left(\frac32,\frac94-a\right).\]
Sirkelen tangerer parablen i de to symmetriske punktene.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Intersect[Line[(3/2,9/4),(3/2,9/4)+(-3,1)],yAxis]
\((0,11/4)\)
Tolkning: Normalen i tangeringspunktet skjærer symmetriaksen i sirkelens sentrum.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspa=sp.symbols("a",real=True)point=sp.Matrix([sp.Rational(3,2),sp.Rational(9,4)])center=sp.Matrix([0,a])tangent=sp.Matrix([1,3])radius_vector=point-centerequation=sp.Eq(radius_vector.dot(tangent),0)solution=sp.solve(equation,a)[0]print("Point of tangency =",tuple(point))print("Tangent direction =",tuple(tangent))print("Radius vector =",tuple(radius_vector))print("Perpendicular equation =",equation)print("a =",solution)print("Center =",(0,solution))print("Radius =",sp.simplify(sp.sqrt((point-sp.Matrix([0,solution])).dot(point-sp.Matrix([0,solution])))))
Utskrift fra Python:
Point of tangency = (3/2, 9/4)
Tangent direction = (1, 3)
Radius vector = (3/2, 9/4 - a)
Perpendicular equation = Eq(33/4 - 3*a, 0)
a = 11/4
Center = (0, 11/4)
Radius = sqrt(10)/2
Fasit: Sirkelens sentrum er \(\left(0,\dfrac{11}{4}\right)\).
Vanlig feil: Å bruke tangentstigningen som radiusstigning uten å ta negativ invers.
Sensorpunkt: Symmetri og normalitetskravet skal begge begrunnes.
Del 2 - med hjelpemidler
Del 2 - Oppgave 1aVilkår for binomisk forsøk
Oppgave 1a
Oppgave: Hva må antas for at de 12 oppkjøringene kan modelleres som et binomisk forsøk?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi identifiserer de fire standardvilkårene for en binomisk modell.
Steg 1 – Fast antall forsøk
Det er på forhånd bestemt at 12 elever skal kjøre opp.
Steg 2 – To utfall
Hver elev består eller består ikke.
Steg 3 – Konstant sannsynlighet
Vi må anta at hver elev har samme sannsynlighet \(p=0{,}74\) for å bestå.
Steg 4 – Uavhengighet
Vi må anta at resultatet for én elev ikke påvirker de andre.
Steg 5 – Modell
Da kan antall beståtte modelleres som \(X\sim\operatorname{Bin}(12,0{,}74)\).
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
BinomialDist[12,0.74]
Binomisk modell med n=12 og p=0.74
Tolkning: Modellen er gyldig bare under antakelsene om lik p og uavhengighet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
n=12p=0.74outcomes=("bestått","ikke bestått")print("Fixed number of trials n =",n)print("Two outcomes =",outcomes)print("Constant success probability p =",p)print("Assumption: trials are independent")print("Model: X ~ Binomial(12, 0.74)")
Utskrift fra Python:
Fixed number of trials n = 12
Two outcomes = ('bestått', 'ikke bestått')
Constant success probability p = 0.74
Assumption: trials are independent
Model: X ~ Binomial(12, 0.74)
Fasit: Fast n=12, to utfall, samme p=0,74 og uavhengige forsøk.
Vanlig feil: Å tro at historisk 74 prosent automatisk garanterer identisk sannsynlighet for hver elev.
Sensorpunkt: Alle binomiske vilkår skal nevnes.
Del 2 - Oppgave 1bKumulativ binomisk sannsynlighet
Oppgave 1b
Oppgave: Bestem sannsynligheten for at minst 8 av de 12 elevene består.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi summerer binomiske sannsynligheter fra 8 til 12.
Tolkning: Begge fortegn gir samme fart fordi k inngår kvadrert.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspt,k=sp.symbols("t k",real=True)r=sp.Matrix([-12*t*sp.exp(-t/2),t**2+k*t])velocity=sp.diff(r,t)v0=velocity.subs(t,0)speed0=sp.sqrt(v0.dot(v0))solutions=sp.solve(sp.Eq(speed0,13),k)print("r(t) =",tuple(r))print("r'(t) =",tuple(velocity))print("r'(0) =",tuple(v0))print("Speed at t=0 =",speed0)print("Solutions for k =",solutions)forvalueinsolutions:print(f"Speed for k={value} =",sp.simplify(speed0.subs(k,value)))
Utskrift fra Python:
r(t) = (-12*t*exp(-t/2), k*t + t**2)
r'(t) = (6*t*exp(-t/2) - 12*exp(-t/2), k + 2*t)
r'(0) = (-12, k)
Speed at t=0 = sqrt(k**2 + 144)
Solutions for k = [-5, 5]
Speed for k=-5 = 13
Speed for k=5 = 13
Fasit: \(k=\pm5\).
Vanlig feil: Å velge bare k=-5 fordi denne verdien brukes videre i oppgaven.
Sensorpunkt: Begge løsningene i del a skal oppgis.
Del 2 - Oppgave 3bTegning av parameterkurve
Oppgave 3b
Oppgave: Tegn grafen til \(\vec r(t)=(-12t e^{-t/2},t^2-5t)\) for \(-1\le t\le6\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi må tegne en parameterkurve, ikke grafen til hver komponent som funksjon av t i samme koordinatsystem.
Steg 1 – Komponentene
\[x(t)=-12t e^{-t/2},\qquad y(t)=t^2-5t.\]
Steg 2 – Parameterintervall
Vi bruker hele intervallet \([-1,6]\).
Steg 3 – Kontrollpunkter
\(\vec r(-1)=(12e^{1/2},6)\), \(\vec r(0)=(0,0)\), og \(\vec r(5)=(-60e^{-5/2},0)\).
Steg 4 – Retning
Kurven gjennomløpes i retning av økende t.
Steg 5 – Digital tegning
En dynamisk kurvekommando med parameter t gir korrekt bane og form.
Parameterkurven når k=-5; det markerte punktet besøkes to ganger.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Curve[-12t exp(-t/2),t^2-5t,t,-1,6]
Parameterkurven for hele intervallet
Tolkning: Curve-kommandoen tegner x(t) mot y(t), ikke komponentgrafene mot t.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importnumpyasnpimportmathsamples=[-1,0,1,2.5,5,6]defposition(t):return(-12*t*math.exp(-t/2),t*t-5*t)print("Parameter interval = [-1, 6]")print("x(t) = -12*t*exp(-t/2)")print("y(t) = t^2-5*t")forvalueinsamples:print(f"r({value}) =",tuple(round(v,8)forvinposition(value)))points=np.array([position(v)forvinnp.linspace(-1,6,701)])print("Number of plotted sample points =",len(points))print("x-range approximately =",(points[:,0].min(),points[:,0].max()))print("y-range =",(points[:,1].min(),points[:,1].max()))
Fasit: Grafen er parameterkurven vist i figuren for \(-1\le t\le6\).
Vanlig feil: Å tegne y som funksjon av x uten å respektere parameterens gjennomløpsretning.
Sensorpunkt: Kommando, intervall og tydelig parameterkurve skal dokumenteres.
Del 2 - Oppgave 3cSelvskjæring i parameterkurve
Oppgave 3c
Oppgave: Bestem de to ulike tidspunktene der partikkelen er i samme posisjon.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi setter begge koordinatene like for to tidspunkter og utnytter faktoriseringen i y-komponenten.
Steg 1 – La tidspunktene være t1 og t2
Vi krever \(x(t_1)=x(t_2)\) og \(y(t_1)=y(t_2)\).
Steg 2 – Bruk y-komponenten
\[t_1^2-5t_1=t_2^2-5t_2.\]
Steg 3 – Faktoriser
\[(t_1-t_2)(t_1+t_2-5)=0.\] For ulike tider må \(t_1+t_2=5\).
Steg 4 – Sett t2=5-t1 i x-likningen
\[t_1e^{-t_1/2}=(5-t_1)e^{-(5-t_1)/2}.\]
Steg 5 – Numerisk løsning
Ligningen har den ikke-trivielle løsningen \(t_1\approx0{,}7239705\).
Steg 6 – Andre tidspunkt
\[t_2=5-t_1\approx4{,}2760295.\]
Steg 7 – Kontroll av posisjon
Begge gir omtrent \((-6{,}04914,-3{,}09572)\).
Selvskjæringspunktet svarer til de to beregnede tidspunktene.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[t exp(-t/2)=(5-t)exp(-(5-t)/2),t]
\(t\approx0.7239705,2.5,4.2760295\)
Tolkning: t=2,5 er den trivielle løsningen t1=t2; de to andre er de ulike tidspunktene.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspt=sp.symbols("t",real=True)expr=t*sp.exp(-t/2)-(5-t)*sp.exp(-(5-t)/2)t1=sp.nsolve(expr,0.7,prec=40)t2=5-t1x1=-12*t1*sp.exp(-t1/2)y1=t1**2-5*t1x2=-12*t2*sp.exp(-t2/2)y2=t2**2-5*t2print("Equation after t2=5-t1:",expr)print("t1 =",sp.N(t1,14))print("t2 =",sp.N(t2,14))print("t1+t2 =",sp.N(t1+t2,14))print("Position at t1 =",(sp.N(x1,12),sp.N(y1,12)))print("Position at t2 =",(sp.N(x2,12),sp.N(y2,12)))print("Coordinate differences =",(sp.N(x1-x2,8),sp.N(y1-y2,8)))
Utskrift fra Python:
Equation after t2=5-t1: t*exp(-t/2) - (5 - t)*exp(t/2 - 5/2)
t1 = 0.72397054128032
t2 = 4.2760294587197
t1+t2 = 5.0000000000000
Position at t1 = (-6.04914417213, -3.09571936176)
Position at t2 = (-6.04914417213, -3.09571936176)
Coordinate differences = (0, 9.1835496e-41)
Fasit: Tidspunktene er \(t\approx0{,}724\) og \(t\approx4{,}276\).
Vanlig feil: Å ta med t=2,5 som to forskjellige tidspunkter.
Sensorpunkt: Begge koordinatlikningene og den numeriske kontrollen skal dokumenteres.
Del 2 - Oppgave 4Bestemme koeffisienter fra nullpunkt og vendepunkt
Oppgave 4
Oppgave: Bestem a, b og c i \(f(x)=ax^3+bx^2+cx+1\) når x=1 er nullpunkt og P(2,-3) er vendepunkt.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Opplysningene gir tre likninger: funksjonsverdi ved 1, funksjonsverdi ved 2 og andrederivert ved 2.
Steg 1 – Nullpunktet
\[f(1)=a+b+c+1=0.\]
Steg 2 – Punktet P
\[f(2)=8a+4b+2c+1=-3.\]
Steg 3 – Andrederivert
\[f\prime\prime(x)=6ax+2b.\]
Steg 4 – Vendepunktkravet
\[f\prime\prime(2)=12a+2b=0.\]
Steg 5 – Løs likningssystemet
Løsningen blir \[a=\frac13,\qquad b=-2,\qquad c=\frac23.\]
Steg 6 – Kontroll
Funksjonen får f(1)=0, f(2)=-3 og f(2)=0.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Solve[{a+b+c+1=0,8a+4b+2c+1=-3,12a+2b=0},{a,b,c}]
\(a=1/3,b=-2,c=2/3\)
Tolkning: De tre uavhengige betingelsene bestemmer koeffisientene entydig.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyasspx,a,b,c=sp.symbols("x a b c",real=True)f=a*x**3+b*x**2+c*x+1equations=[sp.Eq(f.subs(x,1),0),sp.Eq(f.subs(x,2),-3),sp.Eq(sp.diff(f,x,2).subs(x,2),0)]solution=sp.solve(equations,[a,b,c],dict=True)[0]f_solution=sp.expand(f.subs(solution))print("Equations =",equations)print("Solution =",solution)print("f(x) =",f_solution)print("f(1) =",f_solution.subs(x,1))print("f(2) =",f_solution.subs(x,2))print("f''(2) =",sp.diff(f_solution,x,2).subs(x,2))
Fasit: \(a=\dfrac13\), \(b=-2\) og \(c=\dfrac23\).
Vanlig feil: Å bruke f′(2)=0; et vendepunkt trenger ikke ha horisontal tangent.
Sensorpunkt: Alle tre betingelsene må oversettes korrekt til likninger.
Del 2 - Oppgave 5aAreal som funksjon av parameter
Oppgave 5a
Oppgave: For \(g(x)=x^3-3x^2-13x+15\) og \(1<s<5\), bestem et uttrykk for arealet av trekanten med A(1,0), B(s,0) og P(s,g(s)).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? AB er en horisontal grunnlinje, og den vertikale høyden er absoluttverdien av g(s).
Steg 1 – Grunnlinjen
\[AB=s-1.\]
Steg 2 – Faktoriser g
\[g(s)=(s-5)(s-1)(s+3).\]
Steg 3 – Fortegn
For \(1<s<5\) er g(s)<0, så høyden er \(|g(s)|=-g(s)\).
Steg 4 – Arealformelen
\[A(s)=\frac12(s-1)(-g(s)).\]
Steg 5 – Faktorisert uttrykk
\[A(s)=\frac12(s-1)^2(5-s)(s+3).\]
Steg 6 – Utvidet uttrykk
\[A(s)=-\frac12s^4+2s^3+5s^2-14s+\frac{15}{2}.\]
Arealfunksjonen er positiv mellom 1 og 5 og går mot 0 ved endepunktene.
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Factor[(1/2)(s-1)(-(s^3-3s^2-13s+15))]
\((s-1)^2(5-s)(s+3)/2\)
Tolkning: På intervallet er høyden -g(s), fordi grafpunktet ligger under x-aksen.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyassps=sp.symbols("s",real=True)g=s**3-3*s**2-13*s+15factor_g=sp.factor(g)area=sp.factor(sp.Rational(1,2)*(s-1)*(-g))expanded=sp.expand(area)print("g(s) =",g)print("Factorized g(s) =",factor_g)print("For 1 < s < 5, g(s) is negative")print("Area A(s) =",area)print("Expanded A(s) =",expanded)print("A(1) =",area.subs(s,1),"A(5) =",area.subs(s,5))
Utskrift fra Python:
g(s) = s**3 - 3*s**2 - 13*s + 15
Factorized g(s) = (s - 5)*(s - 1)*(s + 3)
For 1 < s < 5, g(s) is negative
Area A(s) = -(s - 5)*(s - 1)**2*(s + 3)/2
Expanded A(s) = -s**4/2 + 2*s**3 + 5*s**2 - 14*s + 15/2
A(1) = 0 A(5) = 0
Fasit: \(A(s)=\dfrac12(s-1)^2(5-s)(s+3)\), for \(1<s<5\).
Vanlig feil: Å bruke g(s) direkte som høyde selv om g(s) er negativ.
Sensorpunkt: Grunnlinje, høyde og fortegn skal begrunnes.
Del 2 - Oppgave 5bMaksimering av areal
Oppgave 5b
Oppgave: Bestem eksakt s som gir størst areal, og finn maksimalarealet.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi deriverer arealfunksjonen, finner kritiske punkter i intervallet og sammenligner.
Steg 1 – Deriver
Fra det utvidede uttrykket får vi \[A\prime(s)=-2s^3+6s^2+10s-14.\]
Steg 2 – Faktoriser den deriverte
\[A\prime(s)=-2(s-1)(s^2-2s-7).\]
Steg 3 – Kritiske punkter
\[s=1\quad\text{eller}\quad s=1\pm2\sqrt2.\]
Steg 4 – Bruk intervallet
I \(1<s<5\) ligger bare \[s=1+2\sqrt2.\]
Steg 5 – Maksimumskontroll
Arealet er 0 ved grensene s=1 og s=5, og positivt inne i intervallet. Det eneste indre kritiske punktet gir derfor maksimum.
Steg 6 – Sett inn
\[A(1+2\sqrt2)=32.\]
Steg 7 – Konklusjon
Maksimalarealet er 32 arealenheter.
Maksimumspunktet har eksakte koordinater (1+2√2, 32).
GeoGebra/CAS-kontroll
GeoGebra - CAS
1
Extremum[(s-1)^2(5-s)(s+3)/2,1,5]
\((1+2\sqrt2,32)\)
Tolkning: Det eneste indre ekstremalpunktet er maksimumspunktet.
Python-kontroll med SymPy
Python 3 - faktisk kjøring
importsympyassps=sp.symbols("s",real=True)area=sp.Rational(1,2)*(s-1)**2*(5-s)*(s+3)derivative=sp.factor(sp.diff(area,s))critical=sp.solve(sp.Eq(derivative,0),s)s_max=1+2*sp.sqrt(2)max_area=sp.simplify(area.subs(s,s_max))print("A(s) =",sp.expand(area))print("A'(s) =",derivative)print("All critical values =",critical)print("Critical value in (1,5) =",s_max)print("Decimal s =",sp.N(s_max,12))print("Maximum area =",max_area)print("Endpoint values =",area.subs(s,1),area.subs(s,5))
Utskrift fra Python:
A(s) = -s**4/2 + 2*s**3 + 5*s**2 - 14*s + 15/2
A'(s) = -2*(s - 1)*(s**2 - 2*s - 7)
All critical values = [1, 1 - 2*sqrt(2), 1 + 2*sqrt(2)]
Critical value in (1,5) = 1 + 2*sqrt(2)
Decimal s = 3.82842712475
Maximum area = 32
Endpoint values = 0 0
Fasit: \(s=1+2\sqrt2\), og det største arealet er \(32\).
Vanlig feil: Å velge den negative roten eller glemme å kontrollere intervallet.
Sensorpunkt: Eksakt s-verdi, intervallkontroll og maksimalareal skal oppgis.
Kilde og metode: Oppgavetekstene er transkribert fra Utdanningsdirektoratets eksamenssett REA3022 Matematikk R1, våren 2022 (K06). 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 💜