Hva spør oppgaven om? Produktet av et polynom og en eksponentialfunksjon gjør delvis integrasjon naturlig.
Steg 1 — Velg delene
Sett \(u=2x\) og \(dv=e^x\,dx\). Polynomdelen blir enklere når den deriveres.
Steg 2 — Finn du og v
\[du=2\,dx,\qquad v=e^x\]
Steg 3 — Bruk formelen
\[\int u\,dv=uv-\int v\,du\]
Steg 4 — Sett inn
\[\int 2xe^x\,dx=2xe^x-\int2e^x\,dx\]
Steg 5 — Integrer restleddet
\[2xe^x-2e^x+C\]
Steg 6 — Faktoriser
\[\int2xe^x\,dx=2e^x(x-1)+C\]
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Integral(2*x*exp(x),x)
Resultat: \(2e^x(x-1)\)
Tolkning: CAS gir en ekvivalent faktorisert stamfunksjon.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,exp,integrate,diff,simplify,factorx=symbols('x',real=True)integrand=2*x*exp(x)F=2*exp(x)*(x-1)cas_result=integrate(integrand,x)print("Integrand =",integrand)print("CAS-stamfunksjon =",cas_result)print("Valgt faktorisert form =",F)print("Derivert av valgt form =",diff(F,x))print("Kontrollforskjell =",simplify(diff(F,x)-integrand))print("Faktorisert CAS-resultat =",factor(cas_result))
Integrand = 2*x*exp(x)
CAS-stamfunksjon = (2*x - 2)*exp(x)
Valgt faktorisert form = 2*(x - 1)*exp(x)
Derivert av valgt form = 2*(x - 1)*exp(x) + 2*exp(x)
Kontrollforskjell = 0
Faktorisert CAS-resultat = 2*(x - 1)*exp(x)
Vanlig feil: Å glemme minusleddet \(-\int v\,du\), eller å utelate integrasjonskonstanten.
Sensorpunkt: Sensor ser etter et begrunnet valg av \(u\), korrekt formel og en kontrollérbar sluttform.
Del 1 · Oppgave 3aVektorer i rommet
Oppgave 3a
Oppgave: Gitt punktene \(A(2,0,0)\), \(B(0,3,0)\), \(C(0,0,4)\) og \(O(0,0,0)\). Bestem \(\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}\) og \(\overrightarrow{AB}\times\overrightarrow{AC}\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi må først danne de to retningsvektorene fra A og deretter bruke definisjonene av skalar- og vektorprodukt.
\[(12,8,6)\cdot(-2,3,0)=0,\qquad(12,8,6)\cdot(-2,0,4)=0\]Tetraederet med koordinataksenes skjæringspunkter.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Dot(Vector((-2,3,0)),Vector((-2,0,4)))
Resultat: \(4\)
2Cross(Vector((-2,3,0)),Vector((-2,0,4)))
Resultat: \((12,8,6)\)
Tolkning: Vektorproduktet er ortogonalt på begge inngangsvektorene.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportMatrixA=Matrix([2,0,0])B=Matrix([0,3,0])C=Matrix([0,0,4])AB=B-AAC=C-Adot_product=AB.dot(AC)cross_product=AB.cross(AC)print("AB =",AB.T)print("AC =",AC.T)print("AB dot AC =",dot_product)print("AB cross AC =",cross_product.T)print("Kontroll mot AB =",cross_product.dot(AB))print("Kontroll mot AC =",cross_product.dot(AC))
AB = Matrix([[-2, 3, 0]])
AC = Matrix([[-2, 0, 4]])
AB dot AC = 4
AB cross AC = Matrix([[12, 8, 6]])
Kontroll mot AB = 0
Kontroll mot AC = 0
Fasit: \(\overrightarrow{AB}\cdot\overrightarrow{AC}=4\) og \(\overrightarrow{AB}\times\overrightarrow{AC}=(12,8,6)\).
Vanlig feil: Å bruke punktkoordinatene direkte i stedet for å danne vektorene fra samme startpunkt.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekte vektorer, alle komponentregninger og riktig orientering på vektorproduktet.
Del 1 · Oppgave 3bVolum med determinant
Oppgave 3b
Oppgave: Bestem volumet av tetraederet \(ABCO\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Tetraederets volum er en sjettedel av absoluttverdien til et trippelprodukt.
Vanlig feil: Å glemme faktoren \(1/6\). Determinanten gir volumet av parallellipipedet, ikke tetraederet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter riktig trippelprodukt og eksplisitt deling på 6.
Del 1 · Oppgave 3cPlanlikning
Oppgave 3c
Oppgave: Punktene \(A\), \(B\) og \(C\) ligger i planet \(\alpha\). Vis at likningen til planet \(\alpha\) kan skrives \(\dfrac{x}{2}+\dfrac{y}{3}+\dfrac{z}{4}=1\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi kan bruke vektorproduktet fra oppgave a som normalvektor og deretter kontrollere skjæringsformen.
Steg 1 — Bruk normalvektoren
Fra oppgave a har vi en normalvektor \(\vec n=(12,8,6)\), som kan forkortes til \((6,4,3)\).
Steg 2 — Sett opp punkt-normal-form
\[6(x-2)+4(y-0)+3(z-0)=0\]
Steg 3 — Utvid
\[6x+4y+3z=12\]
Steg 4 — Del hele likningen på 12
\[\frac{x}{2}+\frac{y}{3}+\frac{z}{4}=1\]
Steg 5 — Kontroller A og B
\[A:\ 2/2=1,\qquad B:\ 3/3=1\]
Steg 6 — Kontroller C
\[C:\ 4/4=1\]
Steg 7 — Konkluder
Alle tre punktene ligger i planet, og normalvektoren er parallell med koeffisientvektoren.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Plane(A,B,C)
Resultat: \(6x+4y+3z=12\)
2Simplify((6*x+4*y+3*z)/12)
Resultat: \(x/2+y/3+z/4\)
Tolkning: CAS gir samme plan i standardform og skjæringsform.
Vanlig feil: Å bruke \((12,8,6)\) som punkt i stedet for som normalvektor, eller å dele koeffisientene ulikt.
Sensorpunkt: Sensor ser etter normalvektor, punkt-normal-form og kontroll av skjæringspunktene.
Del 1 · Oppgave 4aUendelig geometrisk rekke
Oppgave 4a
Oppgave: En rekke er gitt ved \(1+e^{-1}+e^{-2}+e^{-3}+\cdots\). Forklar at dette er en konvergent, geometrisk rekke. Bestem summen av den uendelige rekken.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi skal identifisere første ledd og kvotient, kontrollere konvergenskravet og bruke sumformelen.
Første ledd = 1
Kvotient = exp(-1)
Kvotientens desimalverdi = 0.367879441171
Er |k| < 1? True
Sum fra SymPy = 1/(1 - exp(-1))
Sumformel = E/(-1 + E)
Kontrollforskjell = 0
Fasit: Rekken konvergerer fordi \(|e^{-1}|<1\), og \(S=\dfrac{e}{e-1}\).
Vanlig feil: Å bruke \(e\) som kvotient i stedet for \(e^{-1}\), eller å hoppe over konvergenskravet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter både geometrisk struktur, \(|k|<1\) og korrekt sumformel.
Del 1 · Oppgave 4bParameteravhengig rekke
Oppgave 4b
Oppgave: En geometrisk rekke er gitt ved \(1+e^{-x}+e^{-2x}+e^{-3x}+\cdots\). Bestem konvergensområdet og summen av rekken.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Kvotienten avhenger av x. Vi må løse konvergensulikheten før vi bruker sumformelen.
Steg 1 — Identifiser første ledd og kvotient
\[a_1=1,\qquad k=e^{-x}\]
Steg 2 — Skriv konvergenskravet
\[|e^{-x}|<1\]
Steg 3 — Bruk at eksponentialfunksjonen er positiv
\[e^{-x}<1\]
Steg 4 — Løs ulikheten
Siden \(e^u<1\) akkurat når \(u<0\), får vi \(-x<0\), altså \(x>0\).
Steg 5 — Bruk sumformelen for x > 0
\[S(x)=\frac1{1-e^{-x}}\]
Steg 6 — Skriv en alternativ form
\[S(x)=\frac{e^x}{e^x-1}\]
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Solve(abs(exp(-x))<1,x)
Resultat: \(x>0\)
2Sum(exp(-n*x),n,0,infinity)
Resultat: \(1/(1-e^{-x})\), for \(x>0\)
Tolkning: CAS viser at summen bare eksisterer på området der kvotientens absoluttverdi er mindre enn 1.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,exp,summation,oo,simplify,Nx=symbols('x',real=True)n=symbols('n',integer=True,nonnegative=True)ratio=exp(-x)closed_form=1/(1-ratio)print("Første ledd = 1")print("Kvotient k(x) =",ratio)print("Konvergenskrav: exp(-x) < 1")print("Dette gir: x > 0")print("Lukket sumform =",closed_form)print("Alternativ form =",simplify(exp(x)/(exp(x)-1)))forvaluein[1,2]:partial=sum(float(exp(-value*j))forjinrange(20))exact=float(closed_form.subs(x,value))print(f"x={value}: 20-ledds sum = {partial:.12f}, eksakt = {exact:.12f}")
Første ledd = 1
Kvotient k(x) = exp(-x)
Konvergenskrav: exp(-x) < 1
Dette gir: x > 0
Lukket sumform = 1/(1 - exp(-x))
Alternativ form = exp(x)/(exp(x) - 1)
x=1: 20-ledds sum = 1.581976703609, eksakt = 1.581976706869
x=2: 20-ledds sum = 1.156517642750, eksakt = 1.156517642750
Fasit: Konvergensområdet er \(x>0\), og \(S(x)=\dfrac1{1-e^{-x}}=\dfrac{e^x}{e^x-1}\).
Vanlig feil: Å tro at rekken konvergerer for alle x fordi leddene inneholder negative eksponenter.
Sensorpunkt: Sensor ser etter en korrekt løst ulikhet og at sumformelen bare oppgis på konvergensområdet.
Del 1 · Oppgave 5Differensial og initialbetingelse
Oppgave 5
Oppgave: Antall individer i en populasjon etter \(t\) timer kan beskrives av funksjonen \(N(t)\). Vi antar at \(N'(t)=4t+3\) og \(N(0)=800\). Bestem antall individer i populasjonen etter 10 h.
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi kjenner vekstfarten og må integrere den. Initialbetingelsen bestemmer integrasjonskonstanten.
Steg 1 — Integrer den deriverte
\[N(t)=\int(4t+3)\,dt=2t^2+3t+C\]
Steg 2 — Bruk initialbetingelsen
\[N(0)=2\cdot0^2+3\cdot0+C=800\]
Steg 3 — Bestem konstanten
\[C=800\]
Steg 4 — Skriv populasjonsfunksjonen
\[N(t)=2t^2+3t+800\]
Steg 5 — Sett inn t = 10
\[N(10)=2\cdot10^2+3\cdot10+800\]
Steg 6 — Regn ferdig
\[N(10)=200+30+800=1030\]
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Integral(4*t+3,t)
Resultat: \(2t^2+3t+C\)
2Substitute(t=10,2*t^2+3*t+800)
Resultat: \(1030\)
Tolkning: CAS integrerer vekstfarten og bekrefter initialverdien og sluttverdien.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,integrate,diff,simplifyt=symbols('t',real=True)rate=4*t+3primitive_without_constant=integrate(rate,t)C=800N_function=primitive_without_constant+Cvalue_after_10=N_function.subs(t,10)print("N'(t) =",rate)print("Integrert uten konstant =",primitive_without_constant)print("Initialbetingelsen gir C =",C)print("N(t) =",N_function)print("Kontroll av N'(t) =",diff(N_function,t))print("Kontroll av N(0) =",N_function.subs(t,0))print("N(10) =",value_after_10)
N'(t) = 4*t + 3
Integrert uten konstant = 2*t**2 + 3*t
Initialbetingelsen gir C = 800
N(t) = 2*t**2 + 3*t + 800
Kontroll av N'(t) = 4*t + 3
Kontroll av N(0) = 800
N(10) = 1030
Fasit: Etter 10 timer er det \(1030\) individer.
Vanlig feil: Å bruke \(N'(10)\) som antall individer. Det er vekstfarten, ikke selve populasjonen.
Sensorpunkt: Sensor ser etter integrasjon, initialbetingelse og korrekt tolkning med individer som enhet.
Del 1 · Oppgave 6aVendepunkter
Oppgave 6a
Oppgave: En funksjon er gitt ved \(f(x)=\dfrac12x^4-2x^3+\dfrac52x\), \(D_f=\mathbb R\). Bestem koordinatene til eventuelle vendepunkter på grafen til \(f\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vendepunkter finnes der den andrederiverte er null og faktisk skifter fortegn.
Steg 1 — Deriver én gang
\[f'(x)=2x^3-6x^2+\frac52\]
Steg 2 — Deriver en gang til
\[f''(x)=6x^2-12x=6x(x-2)\]
Steg 3 — Finn kandidatene
\[f''(x)=0\Rightarrow x=0\ \text{eller}\ x=2\]
Steg 4 — Kontroller fortegnsskifte
Produktet \(6x(x-2)\) er positivt for \(x<0\), negativt for \(0<x<2\) og positivt for \(x>2\). Begge kandidater er vendepunkter.
Vanlig feil: Å stoppe etter \(f''(x)=0\) uten å kontrollere fortegnsskifte.
Sensorpunkt: Sensor ser etter andrederivert, fortegnsvurdering og begge koordinatene.
Del 1 · Oppgave 6bVendetangenter
Oppgave 6b
Oppgave: Bestem likningen for eventuelle vendetangenter på grafen til \(f\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi bruker vendepunktene fra a og finner stigningstallet med den førstederiverte.
Steg 1 — Bruk den førstederiverte
\[f'(x)=2x^3-6x^2+\frac52\]
Steg 2 — Finn stigningstallet ved x = 0
\[f'(0)=\frac52\]
Steg 3 — Sett inn punktet (0,0)
\[y-0=\frac52(x-0)\Rightarrow y=\frac52x\]
Steg 4 — Finn stigningstallet ved x = 2
\[f'(2)=16-24+\frac52=-\frac{11}{2}\]
Steg 5 — Bruk punktet (2,-3)
\[y+3=-\frac{11}{2}(x-2)\]
Steg 6 — Forenkle den andre tangenten
\[y=-\frac{11}{2}x+8\]
Steg 7 — Kontroller at linjene går gjennom punktene
Den første gir \(y=0\) ved \(x=0\), og den andre gir \(y=-3\) ved \(x=2\).
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Tangent(f,(0,f(0)))
Resultat: \(y=5x/2\)
2Tangent(f,(2,f(2)))
Resultat: \(y=-11x/2+8\)
Tolkning: CAS bruker punkt og lokal derivert og gir de samme tangentlinjene.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,Rational,diff,expand,simplifyx=symbols('x',real=True)f=Rational(1,2)*x**4-2*x**3+Rational(5,2)*xfp=diff(f,x)points=[0,2]print("f'(x) =",fp)forx0inpoints:y0=f.subs(x,x0)slope=fp.subs(x,x0)tangent=expand(y0+slope*(x-x0))print(f"Punkt ved x={x0}: ({x0}, {y0})")print("Stigningstall =",slope)print("Tangent y =",tangent)print("Punktkontroll =",simplify(tangent.subs(x,x0)-y0))
f'(x) = 2*x**3 - 6*x**2 + 5/2
Punkt ved x=0: (0, 0)
Stigningstall = 5/2
Tangent y = 5*x/2
Punktkontroll = 0
Punkt ved x=2: (2, -3)
Stigningstall = -11/2
Tangent y = 8 - 11*x/2
Punktkontroll = 0
Fasit: Vendetangentene er \(y=\dfrac52x\) og \(y=-\dfrac{11}{2}x+8\).
Vanlig feil: Å bruke \(f''(x)\) som tangentstigning. Tangentens stigning er \(f'(x)\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter punkt-stigning-form og korrekt forenkling av begge tangentene.
Del 1 · Oppgave 7Induksjonsbevis
Oppgave 7
Oppgave: Bruk induksjon til å bevise påstanden \(P(n):\ \dfrac1{1\cdot2}+\dfrac1{2\cdot3}+\dfrac1{3\cdot4}+\cdots+\dfrac1{n(n+1)}=\dfrac{n}{n+1}\), \(n\in\mathbb N\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi må vise grunntrinnet, formulere induksjonshypotesen tydelig og bevise overgangen fra k til k+1.
Dette er høyresiden i \(P(k+1)\). Dermed er påstanden sann for alle \(n\in\mathbb N\).
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Simplify(k/(k+1)+1/((k+1)*(k+2)))
Resultat: \((k+1)/(k+2)\)
Tolkning: CAS bekrefter akkurat algebraovergangen i induksjonssteget.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,summation,simplifyn=symbols('n',integer=True,positive=True)k=symbols('k',integer=True,positive=True)i=symbols('i',integer=True,positive=True)base_left=summation(1/(i*(i+1)),(i,1,1))base_right=n/(n+1)induction_left=k/(k+1)+1/((k+1)*(k+2))induction_right=(k+1)/(k+2)general_sum=summation(1/(i*(i+1)),(i,1,n))print("Grunntrinn venstre =",base_left)print("Grunntrinn høyre =",base_right.subs(n,1))print("Induksjonssteg før forenkling =",induction_left)print("Induksjonssteg etter forenkling =",simplify(induction_left))print("Mål for P(k+1) =",induction_right)print("Forskjell i induksjonssteget =",simplify(induction_left-induction_right))print("Symbolsk generell sum =",simplify(general_sum))
Grunntrinn venstre = 1/2
Grunntrinn høyre = 1/2
Induksjonssteg før forenkling = k/(k + 1) + 1/((k + 1)*(k + 2))
Induksjonssteg etter forenkling = (k + 1)/(k + 2)
Mål for P(k+1) = (k + 1)/(k + 2)
Forskjell i induksjonssteget = 0
Symbolsk generell sum = n/(n + 1)
Fasit: Påstanden er bevist for alle \(n\in\mathbb N\).
Vanlig feil: Det vanligste karakter-6-tapet er å skrive «åpenbart» i induksjonssteget uten å vise felles nevner, faktorisering og måluttrykket.
Sensorpunkt: Sensor ser etter tre tydelige deler: grunntrinn, eksplisitt hypotese og full overgang til \((k+1)/(k+2)\).
Del 2 – med hjelpemidler
Del 2 · Oppgave 1aTrigonometri og geometri
Oppgave 1a
Oppgave: Figuren viser et trapes \(ABCD\) som er innskrevet i en halvsirkel med radius 1. Forklar at arealet \(F\) av trapeset er gitt ved \(F(v)=(1+\cos v)\sin v\). Hvilke verdier kan \(v\) ha?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi uttrykker høyden og de parallelle sidene med sinus og cosinus og setter dem inn i trapesformelen.
Steg 1 — Finn koordinatene til C
Radiusen \(OC=1\) og vinkelen med positiv x-akse er \(v\). Derfor er \(C=(\cos v,\sin v)\).
Steg 2 — Bruk symmetrien
Punktet D ligger symmetrisk om y-aksen, så \(D=(-\cos v,\sin v)\).
Det indre kritiske punktet gir det globale maksimumet.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Derivative((1+cos(v))*sin(v),v)
Resultat: \(\cos v+\cos(2v)\)
2Solve(cos(v)+cos(2*v)=0,0<=v<=pi/2)
Resultat: \(v=\pi/3\)
Tolkning: CAS finner kritisk vinkel og sammenligningen bekrefter globalt maksimum.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,sin,cos,pi,diff,solve,simplify,sqrt,Nv=symbols('v',real=True)F=(1+cos(v))*sin(v)Fp=simplify(diff(F,v))critical_value=pi/3values={"F(0)":simplify(F.subs(v,0)),"F(pi/3)":simplify(F.subs(v,critical_value)),"F(pi/2)":simplify(F.subs(v,pi/2)),}print("F(v) =",F)print("F'(v) =",Fp)print("Kritisk løsning i intervallet =",critical_value)forname,valueinvalues.items():print(name,"=",value,"=",N(value,12))print("Maksimalverdien er 3*sqrt(3)/4")
Fasit: \(v=\pi/3=60^{\circ}\), og maksimalarealet er \(\dfrac{3\sqrt3}{4}\approx1{,}299\).
Vanlig feil: Å løse den deriverte, men ikke sammenligne med endepunktene på intervallet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter derivasjon, trigonometrisk omskriving, gyldig løsning og endepunktskontroll.
Del 2 · Oppgave 2aFunksjonsgraf
Oppgave 2a
Oppgave: Funksjonen er gitt ved \(f(x)=\sin(\pi x)+\sin(2\pi x)\), \(x\in[0,6]\). Tegn grafen til \(f\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi bruker digital graftegning og kontrollerer viktige nullpunkter og svingningsmønsteret.
Steg 1 — Definer funksjonen
\[f(x)=\sin(\pi x)+\sin(2\pi x)\]
Steg 2 — Velg korrekt vindu
x-aksen må dekke hele intervallet \([0,6]\). Et y-vindu omtrent fra \(-2\) til 2 viser alle svingningene.
Steg 3 — Finn noen kontrollpunkter
\[f(0)=0,\qquad f(1)=0,\qquad f(2)=0\]
Steg 4 — Observer gjentakelse
Grafmønsteret på \([0,2]\) gjentas på \([2,4]\) og \([4,6]\).
Steg 5 — Tegn en sammenhengende kurve
Kurven skal være glatt fordi den er en sum av sinusfunksjoner.
Steg 6 — Kontroller digitalt
Grafen nedenfor er generert direkte fra funksjonsuttrykket.
Grafen til f(x)=sin(pi x)+sin(2 pi x) på intervallet [0,6].
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1f(x):=sin(pi*x)+sin(2*pi*x)
Resultat: Graf på \([0,6]\)
Tolkning: Grafen viser tre identiske perioder på intervallet.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,sin,pi,Nx=symbols('x',real=True)f=sin(pi*x)+sin(2*pi*x)print("f(x) =",f)print("Kontrollpunkter:")forvaluein[0,0.5,1,1.5,2,3,4,5,6]:print(f"f({value}) =",N(f.subs(x,value),12))print("Grafvindu: x fra 0 til 6")print("Funksjonen er kontinuerlig og glatt på hele intervallet")
f(x) = sin(pi*x) + sin(2*pi*x)
Kontrollpunkter:
f(0) = 0
f(0.5) = 1.00000000000
f(1) = 0
f(1.5) = -1.00000000000
f(2) = 0
f(3) = 0
f(4) = 0
f(5) = 0
f(6) = 0
Grafvindu: x fra 0 til 6
Funksjonen er kontinuerlig og glatt på hele intervallet
Fasit: Grafen er vist i figuren og består av tre like perioder på \([0,6]\).
Vanlig feil: Å bruke grader i stedet for radianer i grafverktøyet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter riktig funksjonsinnskriving, akseintervall og en graf som viser alle periodene.
Del 2 · Oppgave 2bPeriodisitet
Oppgave 2b
Oppgave: Bruk grafen til å vise at \(f\) er en periodisk funksjon, og bestem perioden til \(f\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi sammenligner funksjonsverdien i x og x+2 og undersøker om en mindre felles periode er mulig.
Steg 1 — Finn periodene til leddene
\[\sin(\pi x)\text{ har periode }2,\qquad\sin(2\pi x)\text{ har periode }1\]
Grafstykket på \([0,2]\) gjentas nøyaktig på \([2,4]\) og \([4,6]\).
Steg 5 — Undersøk periode 1
\[f(x+1)=-\sin(\pi x)+\sin(2\pi x)\ne f(x)\]
Steg 6 — Konkluder grunnperioden
Den minste positive perioden er derfor \(T=2\).
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Simplify(f(x+2)-f(x))
Resultat: \(0\)
2Simplify(f(x+1)-f(x))
Resultat: \(-2\sin(\pi x)\)
Tolkning: CAS bekrefter periode 2 og viser at 1 ikke er periode.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,sin,pi,simplifyx=symbols('x',real=True)f=sin(pi*x)+sin(2*pi*x)shift_two=simplify(f.subs(x,x+2)-f)shift_one=simplify(f.subs(x,x+1)-f)print("f(x) =",f)print("f(x+2) - f(x) =",shift_two)print("f(x+1) - f(x) =",shift_one)print("Er 2 en periode?",shift_two==0)print("Er 1 en periode?",shift_one==0)print("Grunnperioden er T = 2")
f(x) = sin(pi*x) + sin(2*pi*x)
f(x+2) - f(x) = 0
f(x+1) - f(x) = -2*sin(pi*x)
Er 2 en periode? True
Er 1 en periode? False
Grunnperioden er T = 2
Fasit: Funksjonen er periodisk med grunnperiode \(T=2\).
Vanlig feil: Å si at perioden er 1 bare fordi det andre sinusleddet har periode 1.
Sensorpunkt: Sensor ser etter en felles periode og en begrunnelse for at den er den minste positive.
Del 2 · Oppgave 2cTrigonometrisk identitet
Oppgave 2c
Oppgave: Vis at \(f(x)=\sin(\pi x)(1+2\cos(\pi x))\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi bruker dobbeltvinkelidentiteten for sinus og faktoriserer felles faktor.
Steg 1 — Start med definisjonen
\[f(x)=\sin(\pi x)+\sin(2\pi x)\]
Steg 2 — Bruk dobbeltvinkelidentiteten
\[\sin(2u)=2\sin u\cos u\]
Steg 3 — Sett u = pi x
\[\sin(2\pi x)=2\sin(\pi x)\cos(\pi x)\]
Steg 4 — Sett dette inn i f
\[f(x)=\sin(\pi x)+2\sin(\pi x)\cos(\pi x)\]
Steg 5 — Faktoriser sin(pi x)
\[f(x)=\sin(\pi x)(1+2\cos(\pi x))\]
Steg 6 — Kontroller ved utvidelse
Utvides produktet, får vi tilbake de to opprinnelige leddene.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1TrigExpand(sin(pi*x)*(1+2*cos(pi*x)))
Resultat: \(\sin(\pi x)+\sin(2\pi x)\)
Tolkning: CAS utvider produktet til det opprinnelige funksjonsuttrykket.
Fasit: \(t=\dfrac{\ln(175/108)}{0{,}08}\approx6{,}03\) år.
Vanlig feil: Å sette \(K(t)=35000\). Oppgaven spør når fondet øker med 35 000 per år, altså når \(K'(t)=35000\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter riktig tolkning av vekstfarten og en full logaritmisk løsning.
Del 2 · Oppgave 4aPotensrekker og integrasjon
Oppgave 4a
Oppgave: En uendelig, geometrisk rekke er gitt ved \(S(x)=1+x+x^2+\cdots\), og for \(x\in(-1,1)\) er \(S(x)=\dfrac1{1-x}\). Forklar at \(x+\dfrac12x^2+\dfrac13x^3+\dfrac14x^4+\cdots=-\ln(1-x)+C\). Begrunn at \(C=0\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi integrerer potensrekken ledd for ledd innenfor konvergensområdet og sammenligner med integralet av den lukkede formen.
Identiteten gjelder for \(|x|<1\), det samme området som den geometriske rekken konvergerer på.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Integral(1/(1-x),x)
Resultat: \(-\ln(1-x)\)
2Substitute(x=0)
Resultat: \(C=0\)
Tolkning: CAS integrerer den lukkede formen og innsettingen x=0 bestemmer konstanten.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,integrate,log,diff,simplifyx=symbols('x',real=True)closed_form=1/(1-x)antiderivative=integrate(closed_form,x)series_expression=-log(1-x)print("Lukket form S(x) =",closed_form)print("Integral av S(x) =",antiderivative)print("Valgt uttrykk =",series_expression)print("Derivert kontroll =",simplify(diff(series_expression,x)-closed_form))print("Verdi ved x=0 =",series_expression.subs(x,0))print("Dermed er integrasjonskonstanten C = 0")
Lukket form S(x) = 1/(1 - x)
Integral av S(x) = -log(x - 1)
Valgt uttrykk = -log(1 - x)
Derivert kontroll = 0
Verdi ved x=0 = 0
Dermed er integrasjonskonstanten C = 0
Fasit: \(x+\frac12x^2+\frac13x^3+\cdots=-\ln(1-x)\), for \(|x|<1\).
Vanlig feil: Å glemme integrasjonskonstanten før den bestemmes, eller å bruke identiteten uten å nevne konvergensområdet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter leddvis integrasjon, korrekt logaritmefortegn og argumentet som gir C=0.
Del 2 · Oppgave 4bRekkesum for ln 2
Oppgave 4b
Oppgave: Sett inn \(x=\dfrac12\) og vis at \(\dfrac1{1\cdot2^1}+\dfrac1{2\cdot2^2}+\dfrac1{3\cdot2^3}+\dfrac1{4\cdot2^4}+\cdots=\ln2\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi setter x=1/2 inn i identiteten fra a og forenkler både venstre- og høyresiden.
Vanlig feil: Å skrive \((1/2)^n/n=1/(2n)^n\). Riktig er \(1/(n2^n)\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt innsetting, leddform og logaritmeforenkling.
Del 2 · Oppgave 4cNumerisk tilnærming
Oppgave 4c
Oppgave: Dersom vi summerer de n første leddene i rekken, får vi en tilnærmingsverdi for \(\ln2\). Hvor mange ledd må vi minst ta med for å få 6 korrekte desimaler?
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi beregner delsummene og sammenligner feilen med en halv enhet i sjette desimal, altså 0,0000005.
Vanlig feil: Å bruke bredden \(2/k\) som areal uten å integrere den krumme grafen.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekte integrasjonsgrenser, begge arealuttrykk og parameterløsning.
Del 2 · Oppgave 5cTrigonometrisk identitet
Oppgave 5c
Oppgave: Bruk formelen \(\cos(u+v)=\cos u\cos v-\sin u\sin v\) til å vise at \(\cos^2x=\dfrac12+\dfrac12\cos(2x)\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi setter u=v=x i addisjonsformelen og bruker identiteten sin^2 x + cos^2 x = 1.
Steg 1 — Sett u = v = x
\[\cos(2x)=\cos^2x-\sin^2x\]
Steg 2 — Bruk pythagoreisk identitet
\[\sin^2x=1-\cos^2x\]
Steg 3 — Sett inn
\[\cos(2x)=\cos^2x-(1-\cos^2x)\]
Steg 4 — Forenkle
\[\cos(2x)=2\cos^2x-1\]
Steg 5 — Isoler cos^2 x
\[2\cos^2x=1+\cos(2x)\]
Steg 6 — Del på 2
\[\cos^2x=\frac12+\frac12\cos(2x)\]
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1TrigExpand(cos(x+x))
Resultat: \(\cos^2x-\sin^2x\)
2TrigReduce(cos(x)^2)
Resultat: \((1+\cos2x)/2\)
Tolkning: CAS omskriver cosinus i andre til dobbeltvinkelform.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,cos,sin,expand_trig,trigsimp,simplifyx=symbols('x',real=True)addition=expand_trig(cos(x+x))target=(1+cos(2*x))/2print("cos(x+x) utvidet =",addition)print("Etter sin^2(x)=1-cos^2(x): cos(2x)=2*cos^2(x)-1")print("Måluttrykk =",target)print("Kontrollforskjell =",trigsimp(cos(x)**2-target))print("Identiteten gjelder for alle reelle x")
cos(x+x) utvidet = 2*cos(x)**2 - 1
Etter sin^2(x)=1-cos^2(x): cos(2x)=2*cos^2(x)-1
Måluttrykk = cos(2*x)/2 + 1/2
Kontrollforskjell = 0
Identiteten gjelder for alle reelle x
Fasit: \(\cos^2x=\dfrac12+\dfrac12\cos(2x)\).
Vanlig feil: Å skrive \(\cos(2x)=\cos^2x+\sin^2x\). Fortegnet i addisjonsformelen er minus.
Sensorpunkt: Sensor ser etter at den oppgitte addisjonsformelen faktisk brukes i beviset.
Del 2 · Oppgave 5dRotasjonsvolum
Oppgave 5d
Oppgave: Når flatestykket med arealet \(A_1\) dreies \(360^{\circ}\) om x-aksen, får vi et omdreiningslegeme med volum \(V_1\). Bruk formelen i oppgave c til å bestemme et eksakt uttrykk for \(V_1\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi bruker skivemetoden. Radiusen er cos x, så integranden er pi cos^2 x.
fromsympyimportsymbols,cos,sin,pi,integrate,simplifyx=symbols('x',real=True)radius_squared=cos(x)**2identity_form=(1+cos(2*x))/2integral_value=integrate(radius_squared,(x,-pi/2,pi/2))volume=simplify(pi*integral_value)print("Radius^2 =",radius_squared)print("Identitetsform =",identity_form)print("Kontroll av identitet =",simplify(radius_squared-identity_form))print("Integral av cos^2(x) =",integral_value)print("Volum V1 =",volume)print("Desimalverdi =",volume.evalf(12))
Radius^2 = cos(x)**2
Identitetsform = cos(2*x)/2 + 1/2
Kontroll av identitet = 0
Integral av cos^2(x) = pi/2
Volum V1 = pi**2/2
Desimalverdi = 4.93480220054
Fasit: \(V_1=\dfrac{\pi^2}{2}\) kubikkenheter.
Vanlig feil: Å rotere arealet ved bare å multiplisere A1 med pi. Volum krever integral av radiusen i andre.
Sensorpunkt: Sensor ser etter skivemetoden, riktig intervall og bruk av identiteten fra c.
Del 2 · Oppgave 6aLinje og skjæringspunkter
Oppgave 6a
Oppgave: En rett linje i planet skjærer koordinataksene i \(A(a,0)\) og \(B(0,b)\). Vis at likningen til linjen kan skrives \(y=-\dfrac ba x+b\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi finner stigningstallet fra de to punktene og bruker y-akseskjæringen b.
Steg 1 — Bruk punktene
\[A(a,0),\qquad B(0,b)\]
Steg 2 — Finn stigningstallet
\[m=\frac{0-b}{a-0}=-\frac ba\]
Steg 3 — Bruk formen y = mx + c
Siden linjen skjærer y-aksen i B, er konstantleddet \(c=b\).
Steg 4 — Sett inn m og c
\[y=-\frac ba x+b\]
Steg 5 — Kontroller A
\[x=a\Rightarrow y=-\frac ba\cdot a+b=0\]
Steg 6 — Kontroller B
\[x=0\Rightarrow y=b\]
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Line(A(a,0),B(0,b))
Resultat: \(y=-bx/a+b\)
Tolkning: CAS-linjen går gjennom begge skjæringspunktene.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,simplifya,b,x=symbols('a b x',nonzero=True,real=True)slope=(0-b)/(a-0)y_expression=slope*x+bprint("Stigningstall =",slope)print("Linjeuttrykk y =",y_expression)print("Kontroll i A: y(a) =",simplify(y_expression.subs(x,a)))print("Kontroll i B: y(0) =",simplify(y_expression.subs(x,0)))print("Forutsetning: a != 0 og b != 0")
Stigningstall = -b/a
Linjeuttrykk y = b - b*x/a
Kontroll i A: y(a) = 0
Kontroll i B: y(0) = b
Forutsetning: a != 0 og b != 0
Fasit: \(y=-\dfrac ba x+b\).
Vanlig feil: Å bruke stigningstallet \(-a/b\) i stedet for \(-b/a\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter stigningstallsberegning og kontroll av begge skjæringspunktene.
Del 2 · Oppgave 6bSkjæringsform for linje
Oppgave 6b
Oppgave: Vis at linjelikningen også kan skrives \(\dfrac xa+\dfrac yb=1\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi omformer uttrykket fra a algebraisk uten å endre løsningsmengden.
Steg 1 — Start med linjelikningen
\[y=-\frac ba x+b\]
Steg 2 — Flytt x-leddet til venstre
\[\frac ba x+y=b\]
Steg 3 — Del hele likningen på b
\[\frac{(b/a)x}{b}+\frac yb=1\]
Steg 4 — Forkort første brøk
\[\frac xa+\frac yb=1\]
Steg 5 — Kontroller A
\[\frac aa+\frac0b=1\]
Steg 6 — Kontroller B
\[\frac0a+\frac bb=1\]
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Simplify(x/a+y/b-1)
Resultat: Equivalent to \(y=-bx/a+b\)
Tolkning: CAS isolerer y og gir tilbake uttrykket fra oppgave a.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,solve,simplifya,b,x,y=symbols('a b x y',nonzero=True,real=True)intercept_equation=x/a+y/b-1solved_for_y=solve(intercept_equation,y)[0]expected=-b*x/a+bprint("Skjæringsform: x/a + y/b = 1")print("Løst for y =",solved_for_y)print("Forventet y-uttrykk =",expected)print("Kontrollforskjell =",simplify(solved_for_y-expected))print("A-kontroll =",simplify(a/a+0/b))print("B-kontroll =",simplify(0/a+b/b))
Skjæringsform: x/a + y/b = 1
Løst for y = b*(a - x)/a
Forventet y-uttrykk = b - b*x/a
Kontrollforskjell = 0
A-kontroll = 1
B-kontroll = 1
Fasit: \(\dfrac xa+\dfrac yb=1\).
Vanlig feil: Å dele bare ett av leddene på b. Hele likningen må deles på samme tall.
Sensorpunkt: Sensor ser etter en sammenhengende algebraisk omforming.
Del 2 · Oppgave 6cNormalvektor til plan
Oppgave 6c
Oppgave: Et plan \(\alpha\) i rommet skjærer koordinataksene i \(A(a,0,0)\), \(B(0,b,0)\) og \(C(0,0,c)\). Vis at normalvektoren til planet \(\alpha\) er \(\vec n=[bc,ac,ab]\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi danner to uavhengige vektorer i planet og tar vektorproduktet.
Vektoren er ortogonal på to uavhengige vektorer i planet og er derfor en normalvektor.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1Cross((-a,b,0),(-a,0,c))
Resultat: \((bc,ac,ab)\)
Tolkning: CAS beregner vektorproduktet og begge skalarproduktene blir null.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,Matrix,simplifya,b,c=symbols('a b c',nonzero=True,real=True)AB=Matrix([-a,b,0])AC=Matrix([-a,0,c])normal=AB.cross(AC)print("AB =",AB.T)print("AC =",AC.T)print("AB cross AC =",normal.T)print("Forventet normal =",Matrix([b*c,a*c,a*b]).T)print("n dot AB =",simplify(normal.dot(AB)))print("n dot AC =",simplify(normal.dot(AC)))
AB = Matrix([[-a, b, 0]])
AC = Matrix([[-a, 0, c]])
AB cross AC = Matrix([[b*c, a*c, a*b]])
Forventet normal = Matrix([[b*c, a*c, a*b]])
n dot AB = 0
n dot AC = 0
Fasit: En normalvektor er \(\vec n=(bc,ac,ab)\).
Vanlig feil: Å bytte rekkefølgen i vektorproduktet uten å håndtere fortegnet. Motsatt normalvektor er også gyldig, men må være konsekvent.
Sensorpunkt: Sensor ser etter to planvektorer, determinantregning og ortogonalitetsargument.
Del 2 · Oppgave 6dSkjæringsform for plan
Oppgave 6d
Oppgave: Vis at likningen til \(\alpha\) kan skrives \(\dfrac xa+\dfrac yb+\dfrac zc=1\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Vi bruker normalvektoren fra c og et kjent punkt i planet.
Steg 1 — Bruk normalvektoren
\[\vec n=(bc,ac,ab)\]
Steg 2 — Bruk punktet A
\[\vec n\cdot((x,y,z)-(a,0,0))=0\]
Steg 3 — Utvid skalarproduktet
\[bc(x-a)+acy+abz=0\]
Steg 4 — Flytt konstantleddet
\[bcx+acy+abz=abc\]
Steg 5 — Del på abc
\[\frac xa+\frac yb+\frac zc=1\]
Steg 6 — Kontroller skjæringspunktene
A, B og C gir hver for seg venstreside lik 1.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1PlaneEquation((a,0,0),(0,b,0),(0,0,c))
Resultat: \(bcx+acy+abz=abc\)
Tolkning: CAS normaliserer standardformen til skjæringsformen.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportsymbols,simplifya,b,c,x,y,z=symbols('a b c x y z',nonzero=True,real=True)standard_left=b*c*x+a*c*y+a*b*zstandard_right=a*b*cnormalized=simplify(standard_left/standard_right)print("Standardform venstreside =",standard_left)print("Standardform høyreside =",standard_right)print("Etter divisjon med a*b*c =",normalized)print("A-kontroll =",simplify(a/a+0/b+0/c))print("B-kontroll =",simplify(0/a+b/b+0/c))print("C-kontroll =",simplify(0/a+0/b+c/c))
Vanlig feil: Å dele koeffisientene med feil produkt. Hvert ledd må deles med abc.
Sensorpunkt: Sensor ser etter punkt-normal-form, standardform og korrekt normalisering.
Del 2 · Oppgave 6eVertikalt plan
Oppgave 6e
Oppgave: Planet \(\beta\) skjærer x-aksen i \(D(5,0,0)\) og y-aksen i \(E(0,4,0)\). Planet er parallelt med z-aksen. Forklar hvordan resultatet i oppgave d kan brukes til å bestemme likningen for planet \(\beta\).
Vis løsning
Hva spør oppgaven om? Et plan parallelt med z-aksen har ingen z-avhengighet. Vi bruker derfor skjæringsformen i xy-planet og lar den gjelde for alle z.
Steg 1 — Bruk x-skjæringen
\[a=5\]
Steg 2 — Bruk y-skjæringen
\[b=4\]
Steg 3 — Tolk parallellitet med z-aksen
Alle punkter som fås ved å endre z fra et punkt i planet, ligger fortsatt i planet. Derfor må z-koeffisienten være 0.
Steg 4 — Bruk skjæringsformen uten z-ledd
\[\frac x5+\frac y4=1\]
Steg 5 — Skriv standardform
\[4x+5y=20\]
Steg 6 — Kontroller D og E
\[D:\ 4\cdot5=20,\qquad E:\ 5\cdot4=20\]
Steg 7 — Kontroller z-retningen
Likningen endres ikke når z endres, så retningen \((0,0,1)\) er parallell med planet.
Planet beta er vertikalt og parallelt med z-aksen.
Digital kontroll i GeoGebra/CAS
GeoGebra · CAS
1PlaneThrough(D,E) parallel zAxis
Resultat: \(x/5+y/4=1\)
Tolkning: CAS viser at normalvektoren (4,5,0) er ortogonal på z-retningen.
Digital kontroll i Python (SymPy)
Python 3 · SymPy
fromsympyimportMatrix,symbols,simplifyx,y,z=symbols('x y z',real=True)D=Matrix([5,0,0])E=Matrix([0,4,0])z_direction=Matrix([0,0,1])normal=Matrix([4,5,0])plane_expression=4*x+5*y-20print("Planlikning: 4*x + 5*y = 20")print("Skjæringsform: x/5 + y/4 = 1")print("Kontroll D =",plane_expression.subs({x:5,y:0}))print("Kontroll E =",plane_expression.subs({x:0,y:4}))print("Normalvektor =",normal.T)print("n dot z-retning =",normal.dot(z_direction))print("Ingen z-ledd: planet er parallelt med z-aksen")
Planlikning: 4*x + 5*y = 20
Skjæringsform: x/5 + y/4 = 1
Kontroll D = 0
Kontroll E = 0
Normalvektor = Matrix([[4, 5, 0]])
n dot z-retning = 0
Ingen z-ledd: planet er parallelt med z-aksen
Fasit: \(\beta:\ \dfrac x5+\dfrac y4=1\), eller ekvivalent \(4x+5y=20\).
Vanlig feil: Å sette et vilkårlig z-skjæringspunkt. Et plan parallelt med z-aksen skjærer ikke nødvendigvis z-aksen og har ikke z-ledd.
Sensorpunkt: Sensor ser etter koblingen mellom parallellitet, z-koeffisient 0 og skjæringsformen.
ifingo-lærerenHjelper deg å forstå
ifingo-læreren hjelper deg å forstå – ikke å gjøre leksene for deg 💜