R2 eksamenVår 2015

Matematikk R2 eksamen – vår 2015

ifingo
Norsk (Bokmål)

Matematikk R2 - eksamen vår 2015 (REA3024)

Løsningsforslag til eksamenssettet fra Utdanningsdirektoratet.

Del 1 - uten hjelpemidler

Del 1 · Oppgave 1aDerivasjon

Oppgave 1a

Oppgave: Deriver funksjonen \(f(x)=-3\cos x\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal bruke den konstante faktorregelen og den deriverte av cosinus.

Steg 1 - Identifiser konstanten

Faktoren \(-3\) beholdes når funksjonen deriveres.

Steg 2 - Bruk standardregelen

\[\frac{d}{dx}(\cos x)=-\sin x\]

Steg 3 - Sett inn konstanten

\[f\prime(x)=-3\cdot(-\sin x)\]

Steg 4 - Forenkle fortegnet

\[f\prime(x)=3\sin x\]

Steg 5 - Kontroller et punkt

Ved \(x=0\) er den deriverte 0, som passer med at cosinusgrafen har horisontal tangent der.

Steg 6 - Skriv endelig svar

Svaret gis som en funksjon av \(x\).

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Derivative(-3 cos(x),x)
Resultat: \(3\sin x\)

Tolkning: CAS bekrefter fortegn og konstant faktor.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, cos, sin, diff, simplify
x = symbols('x', real=True)
f = -3*cos(x)
result = diff(f, x)
expected = 3*sin(x)
print("f(x) =", f)
print("f'(x) =", result)
print("Kontroll =", simplify(result - expected))
assert simplify(result - expected) == 0
Utskrift
f(x) = -3*cos(x)
f'(x) = 3*sin(x)
Kontroll = 0

Fasit: \(f\prime(x)=3\sin x\).

Vanlig feil: Å glemme at den deriverte av cosinus har minusfortegn.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt standardregel og riktig håndtering av de to minusfortegnene.
Del 1 · Oppgave 1bKjerneregel

Oppgave 1b

Oppgave: Deriver funksjonen \(g(x)=\sin^2 x\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi tolker \(\sin^2x\) som \((\sin x)^2\) og bruker kjerneregelen.

Steg 1 - Skriv funksjonen med tydelig ytre lag

\[g(x)=(\sin x)^2\]

Steg 2 - Deriver kvadratet

Den ytre funksjonen \(u^2\) har derivert \(2u\).

Steg 3 - Deriver den indre funksjonen

\[\frac{d}{dx}(\sin x)=\cos x\]

Steg 4 - Bruk kjerneregelen

\[g\prime(x)=2\sin x\cos x\]

Steg 5 - Bruk dobbeltvinkel om ønskelig

\[2\sin x\cos x=\sin(2x)\]

Steg 6 - Kontroller strukturen

Både den ytre potensen og den indre sinusfunksjonen må deriveres.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Derivative(sin(x)^2,x)
Resultat: \(2\sin x\cos x\)
2TrigSimplify(...)
Resultat: \(\sin(2x)\)

Tolkning: Begge uttrykkene er ekvivalente.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, sin, cos, diff, simplify, trigsimp
x = symbols('x', real=True)
g = sin(x)**2
result = diff(g, x)
print("g(x) =", g)
print("g'(x) =", result)
print("Trigonometrisk forenkling =", trigsimp(result, method='fu'))
print("Kontroll mot sin(2x) =", simplify(result - sin(2*x)))
assert simplify(result - sin(2*x)) == 0
Utskrift
g(x) = sin(x)**2
g'(x) = 2*sin(x)*cos(x)
Trigonometrisk forenkling = sin(2*x)
Kontroll mot sin(2x) = 0

Fasit: \(g\prime(x)=2\sin x\cos x=\sin(2x)\).

Vanlig feil: Å skrive \(2\sin x\) og glemme den indre deriverte \(\cos x\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter en eksplisitt anvendelse av kjerneregelen.
Del 1 · Oppgave 1cProduktregel og kjerneregel

Oppgave 1c

Oppgave: Deriver funksjonen \(h(x)=x^3e^{-x}\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Funksjonen er et produkt. Vi bruker produktregelen, og kjerneregelen på \(e^{-x}\).

Steg 1 - Velg faktorene

Sett \(u=x^3\) og \(v=e^{-x}\).

Steg 2 - Deriver første faktor

\[u\prime=3x^2\]

Steg 3 - Deriver andre faktor

\[v\prime=-e^{-x}\]

Steg 4 - Bruk produktregelen

\[h\prime=u\prime v+uv\prime\]

Steg 5 - Sett inn

\[h\prime(x)=3x^2e^{-x}-x^3e^{-x}\]

Steg 6 - Faktoriser

\[h\prime(x)=x^2e^{-x}(3-x)\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Derivative(x^3 exp(-x),x)
Resultat: \(3x^2e^{-x}-x^3e^{-x}\)
2Factor(...)
Resultat: \(x^2e^{-x}(3-x)\)

Tolkning: CAS bekrefter produktregelen og faktoriseringen.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, exp, diff, factor, simplify
x = symbols('x', real=True)
h = x**3*exp(-x)
result = diff(h, x)
expected = x**2*exp(-x)*(3-x)
print("h(x) =", h)
print("h'(x) =", result)
print("Faktorisert =", factor(result))
print("Kontroll =", simplify(result - expected))
assert simplify(result - expected) == 0
Utskrift
h(x) = x**3*exp(-x)
h'(x) = -x**3*exp(-x) + 3*x**2*exp(-x)
Faktorisert = -x**2*(x - 3)*exp(-x)
Kontroll = 0

Fasit: \(h\prime(x)=x^2e^{-x}(3-x)\).

Vanlig feil: Å glemme minusfortegnet når \(e^{-x}\) deriveres.
Sensorpunkt: Sensor ser etter både produktregelen og kjerneregelen.
Del 1 · Oppgave 2aBestemt integral

Oppgave 2a

Oppgave: Regn ut \(\displaystyle\int_1^2(x^2+2x-3)\,dx\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi finner en antiderivert ledd for ledd og bruker analysens fundamentalteorem.

Steg 1 - Integrer hvert ledd

\[\int(x^2+2x-3)dx=\frac{x^3}{3}+x^2-3x+C\]

Steg 2 - Definer antideriverten

\[F(x)=\frac{x^3}{3}+x^2-3x\]

Steg 3 - Bruk grensene

\[\int_1^2\cdots dx=F(2)-F(1)\]

Steg 4 - Beregn øvre grense

\[F(2)=\frac83+4-6=\frac23\]

Steg 5 - Beregn nedre grense

\[F(1)=\frac13+1-3=-\frac53\]

Steg 6 - Trekk fra

\[\frac23-\left(-\frac53\right)=\frac73\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Integral(x^2+2x-3,x,1,2)
Resultat: \(\frac73\)

Tolkning: CAS bekrefter det eksakte bestemte integralet.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, integrate, Rational, simplify
x = symbols('x', real=True)
expr = x**2 + 2*x - 3
F = integrate(expr, x)
value = integrate(expr, (x, 1, 2))
print("Integrand =", expr)
print("Antiderivert =", F)
print("F(2) =", F.subs(x, 2))
print("F(1) =", F.subs(x, 1))
print("Bestemt integral =", value)
assert simplify(value - Rational(7,3)) == 0
Utskrift
Integrand = x**2 + 2*x - 3
Antiderivert = x**3/3 + x**2 - 3*x
F(2) = 2/3
F(1) = -5/3
Bestemt integral = 7/3

Fasit: \(\displaystyle\frac73\).

Vanlig feil: Å legge sammen \(F(2)\) og \(F(1)\) i stedet for å trekke nedre verdi fra øvre.
Sensorpunkt: Sensor ser etter antiderivert, korrekt innsetting av grenser og eksakt svar.
Del 1 · Oppgave 2bDelbrøkoppspalting

Oppgave 2b

Oppgave: Regn ut \(\displaystyle\int\frac{3x}{x^2-x-2}\,dx\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Nevneren faktoriseres i lineære faktorer, så delbrøkoppspalting gir integrerbare logaritmeledd.

Steg 1 - Faktoriser nevneren

\[x^2-x-2=(x-2)(x+1)\]

Steg 2 - Sett opp delbrøker

\[\frac{3x}{(x-2)(x+1)}=\frac{A}{x-2}+\frac{B}{x+1}\]

Steg 3 - Sammenlign tellere

\[3x=A(x+1)+B(x-2)\]

Steg 4 - Finn konstantene

Med \(x=2\) får vi \(A=2\). Med \(x=-1\) får vi \(B=1\).

Steg 5 - Integrer leddvis

\[\int\left(\frac2{x-2}+\frac1{x+1}\right)dx\]

Steg 6 - Skriv logaritmene

\[2\ln|x-2|+\ln|x+1|+C\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1PartialFractions(3x/(x^2-x-2))
Resultat: \(\frac2{x-2}+\frac1{x+1}\)
2Integral(...)
Resultat: \(2\ln|x-2|+\ln|x+1|\)

Tolkning: CAS bekrefter oppspaltingen og antideriverten.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, apart, integrate, diff, simplify
x = symbols('x', real=True)
expr = 3*x/(x**2 - x - 2)
partial = apart(expr, x)
F = integrate(expr, x)
print("Integrand =", expr)
print("Delbrokoppspalting =", partial)
print("Antiderivert =", F)
print("Derivert tilbake =", simplify(diff(F, x)))
print("Kontroll =", simplify(diff(F, x) - expr))
assert simplify(diff(F, x) - expr) == 0
Utskrift
Integrand = 3*x/(x**2 - x - 2)
Delbrokoppspalting = 1/(x + 1) + 2/(x - 2)
Antiderivert = 2*log(x - 2) + log(x + 1)
Derivert tilbake = 3*x/((x - 2)*(x + 1))
Kontroll = 0

Fasit: \(2\ln|x-2|+\ln|x+1|+C\).

Vanlig feil: Å glemme absoluttverdiene eller å bruke feil koeffisienter i delbrøkene.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt faktorisering, oppspalting og integrasjon.
Del 1 · Oppgave 2cDelvis integrasjon

Oppgave 2c

Oppgave: Regn ut \(\displaystyle\int x\ln x\,dx\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Produktet av et polynom og en logaritme peker mot delvis integrasjon. Vi velger logaritmen som \(u\).

Steg 1 - Velg u og dv

\[u=\ln x,\qquad dv=x\,dx\]

Steg 2 - Finn du og v

\[du=\frac1x dx,\qquad v=\frac{x^2}{2}\]

Steg 3 - Bruk formelen

\[\int u\,dv=uv-\int v\,du\]

Steg 4 - Sett inn

\[\int x\ln x\,dx=\frac{x^2}{2}\ln x-\int\frac{x^2}{2}\frac1x dx\]

Steg 5 - Forenkle restintegralet

\[=\frac{x^2}{2}\ln x-\frac12\int x\,dx\]

Steg 6 - Integrer ferdig

\[=\frac{x^2}{2}\ln x-\frac{x^2}{4}+C,\qquad x>0\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Integral(x ln(x),x)
Resultat: \(\frac{x^2}{2}\ln x-\frac{x^2}{4}\)

Tolkning: CAS bekrefter antideriverten på definisjonsområdet \(x>0\).

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, log, integrate, diff, simplify
x = symbols('x', positive=True)
expr = x*log(x)
F = integrate(expr, x)
expected = x**2*log(x)/2 - x**2/4
print("Integrand =", expr)
print("Antiderivert =", F)
print("Forventet form =", expected)
print("Derivert tilbake =", simplify(diff(expected, x)))
print("Kontroll =", simplify(F - expected))
assert simplify(F - expected) == 0
Utskrift
Integrand = x*log(x)
Antiderivert = x**2*log(x)/2 - x**2/4
Forventet form = x**2*log(x)/2 - x**2/4
Derivert tilbake = x*log(x)
Kontroll = 0

Fasit: \(\displaystyle\frac{x^2}{2}\ln x-\frac{x^2}{4}+C\), for \(x>0\).

Vanlig feil: Å velge \(u=x\), som gjør integralet vanskeligere, eller å miste faktoren \(1/2\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter begrunnet metodevalg og korrekt delvis integrasjon.
Del 1 · Oppgave 3aSubstitusjon

Oppgave 3a

Oppgave: Bruk en integrasjonsmetode til å vise at \(\displaystyle\int xe^{x^2}dx=\frac12e^{x^2}+C\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Eksponenten \(x^2\) har derivert \(2x\), som nesten finnes i integranden. Substitusjon er derfor naturlig.

Steg 1 - Velg substitusjon

Sett \(u=x^2\).

Steg 2 - Finn differensialet

\[du=2x\,dx\]

Steg 3 - Isoler uttrykket i integralet

\[x\,dx=\frac12du\]

Steg 4 - Bytt variabel

\[\int xe^{x^2}dx=\frac12\int e^u du\]

Steg 5 - Integrer i u

\[=\frac12e^u+C\]

Steg 6 - Sett tilbake

\[=\frac12e^{x^2}+C\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Substitute(u=x^2)
Resultat: \(\frac12\int e^u du\)
2Integral(x exp(x^2),x)
Resultat: \(\frac12e^{x^2}\)

Tolkning: CAS bekrefter substitusjonen og faktoren \(1/2\).

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, exp, integrate, diff, simplify
x = symbols('x', real=True)
expr = x*exp(x**2)
F = exp(x**2)/2
print("Integrand =", expr)
print("Foreslatt antiderivert =", F)
print("Derivert av antiderivert =", diff(F, x))
print("Kontroll =", simplify(diff(F, x) - expr))
assert simplify(diff(F, x) - expr) == 0
Utskrift
Integrand = x*exp(x**2)
Foreslatt antiderivert = exp(x**2)/2
Derivert av antiderivert = x*exp(x**2)
Kontroll = 0

Fasit: \(\displaystyle\int xe^{x^2}dx=\frac12e^{x^2}+C\).

Vanlig feil: Å skrive \(du=x\,dx\) og dermed glemme faktoren 2.
Sensorpunkt: Sensor ser etter eksplisitt substitusjon og tilbakebytte.
Del 1 · Oppgave 3bLineær differensiallikning

Oppgave 3b

Oppgave: Løs differensiallikningen \(y\prime+2xy=4x\), \(y(0)=8\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Dette er en lineær førsteordens differensiallikning. Vi finner generell løsning med integrerende faktor og bruker initialbetingelsen.

Steg 1 - Identifiser standardformen

Her er \(p(x)=2x\) og \(q(x)=4x\).

Steg 2 - Finn integrerende faktor

\[\mu(x)=e^{\int2x dx}=e^{x^2}\]

Steg 3 - Multipliser likningen

\[e^{x^2}y\prime+2xe^{x^2}y=4xe^{x^2}\]

Steg 4 - Gjenkjenn produktderivert

\[(ye^{x^2})\prime=4xe^{x^2}\]

Steg 5 - Integrer og isoler y

\[ye^{x^2}=2e^{x^2}+C\quad\Rightarrow\quad y=2+Ce^{-x^2}\]

Steg 6 - Bruk initialbetingelsen

\[8=2+C\Rightarrow C=6\quad\Rightarrow\quad y=2+6e^{-x^2}\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1SolveODE(y\prime+2xy=4x,y(0)=8)
Resultat: \(y=2+6e^{-x^2}\)

Tolkning: CAS bekrefter både likningen og initialverdien.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Function, Eq, dsolve, diff, exp, simplify
x = symbols('x', real=True)
y = Function('y')
ode = Eq(diff(y(x), x) + 2*x*y(x), 4*x)
solution = dsolve(ode, ics={y(0): 8})
print("Differensiallikning:", ode)
print("Losning med initialbetingelse:", solution)
rhs = solution.rhs
print("y(0) =", rhs.subs(x, 0))
print("Restledd =", simplify(diff(rhs, x) + 2*x*rhs - 4*x))
assert rhs.subs(x, 0) == 8
assert simplify(diff(rhs, x) + 2*x*rhs - 4*x) == 0
Utskrift
Differensiallikning: Eq(2*x*y(x) + Derivative(y(x), x), 4*x)
Losning med initialbetingelse: Eq(y(x), 2 + 6*exp(-x**2))
y(0) = 8
Restledd = 0

Fasit: \(y(x)=2+6e^{-x^2}\).

Vanlig feil: Å bruke initialbetingelsen før den generelle løsningen er etablert, eller å glemme integrerende faktor på ett ledd.
Sensorpunkt: Sensor ser etter full løsningsgang og korrekt bruk av \(y(0)=8\).
Del 1 · Oppgave 4aUendelig geometrisk rekke

Oppgave 4a

Oppgave: En uendelig geometrisk rekke er gitt ved \(S(x)=2+\frac2x+\frac2{x^2}+\frac2{x^3}+\cdots\), \(x\ne0\). Bestem konvergensområdet.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi finner kvotienten og bruker kravet \(|k|<1\) for uendelige geometriske rekker.

Steg 1 - Finn første ledd

\[a_1=2\]

Steg 2 - Finn kvotienten

\[k=\frac{2/x}{2}=\frac1x\]

Steg 3 - Bruk konvergenskravet

\[\left|\frac1x\right|<1\]

Steg 4 - Omskriv ulikheten

\[\frac1{|x|}<1\]

Steg 5 - Løs for absoluttverdien

\[|x|>1\]

Steg 6 - Skriv som intervaller

\[x\in(-\infty,-1)\cup(1,\infty)\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve(Abs(1/x)<1,x)
Resultat: \(x<-1\) eller \(x>1\)

Tolkning: CAS bekrefter at endepunktene ikke er med.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Abs, solve_univariate_inequality
x = symbols('x', real=True, nonzero=True)
k = 1/x
region = solve_univariate_inequality(Abs(k) < 1, x)
print("Kvotient k =", k)
print("Konvergenskrav |k| < 1 gir:", region)
print("Ved x=1 er |k| =", Abs(k).subs(x, 1))
print("Ved x=-1 er |k| =", Abs(k).subs(x, -1))
assert bool(Abs(k).subs(x, 2) < 1)
assert not bool(Abs(k).subs(x, 1) < 1)
Utskrift
Kvotient k = 1/x
Konvergenskrav |k| < 1 gir: (1 < x) | (x < -1)
Ved x=1 er |k| = 1
Ved x=-1 er |k| = 1

Fasit: \(x\in(-\infty,-1)\cup(1,\infty)\).

Vanlig feil: Å løse \(1/x<1\) uten absoluttverdi, eller å inkludere \(x=\pm1\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter identifisert kvotient og korrekt konvergensbetingelse.
Del 1 · Oppgave 4bSum av uendelig rekke

Oppgave 4b

Oppgave: Bestem \(x\) slik at \(S(x)=4\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Innen konvergensområdet bruker vi sumformelen \(S=a_1/(1-k)\) og kontrollerer løsningen mot området.

Steg 1 - Skriv sumformelen

\[S(x)=\frac{2}{1-1/x}\]

Steg 2 - Forenkle

\[S(x)=\frac{2x}{x-1}\]

Steg 3 - Sett summen lik 4

\[\frac{2x}{x-1}=4\]

Steg 4 - Multipliser med nevneren

\[2x=4x-4\]

Steg 5 - Løs likningen

\[x=2\]

Steg 6 - Kontroller konvergens

\(|2|>1\), så rekken konvergerer for løsningen.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve(2/(1-1/x)=4,x)
Resultat: \(x=2\)

Tolkning: CAS gir én gyldig løsning.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Eq, solve, simplify
x = symbols('x', real=True)
S = 2/(1-1/x)
solutions = solve(Eq(S, 4), x)
print("Sumfunksjon S(x) =", simplify(S))
print("Losninger av S(x)=4:", solutions)
for value in solutions:
    print("S(", value, ") =", simplify(S.subs(x, value)), ", |x| =", abs(value))
assert solutions == [2]
assert simplify(S.subs(x, 2)) == 4
Utskrift
Sumfunksjon S(x) = 2*x/(x - 1)
Losninger av S(x)=4: [2]
S( 2 ) = 4 , |x| = 2

Fasit: \(x=2\).

Vanlig feil: Å bruke sumformelen uten først å kontrollere at løsningen ligger i konvergensområdet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter både algebraisk løsning og konvergenskontroll.
Del 1 · Oppgave 5aVektorprodukt og areal

Oppgave 5a

Oppgave: Punktene \(A(3,0,0)\), \(B(0,4,0)\) og \(C(0,0,1)\) er gitt. Bestem \(\overrightarrow{AB}\times\overrightarrow{AC}\). Bestem arealet av \(\triangle ABC\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi lager to sidevektorer, finner kryssproduktet og bruker at trekantarealet er halvparten av parallellogramarealet.

Steg 1 - Finn sidevektorene

\[\overrightarrow{AB}=(-3,4,0),\qquad \overrightarrow{AC}=(-3,0,1)\]

Steg 2 - Sett opp kryssproduktet

\[\overrightarrow{AB}\times\overrightarrow{AC}=\begin{vmatrix}\mathbf i&\mathbf j&\mathbf k\\-3&4&0\\-3&0&1\end{vmatrix}\]

Steg 3 - Beregn komponentene

\[=(4,3,12)\]

Steg 4 - Finn lengden

\[\|(4,3,12)\|=\sqrt{16+9+144}=13\]

Steg 5 - Tolk geometrisk

Lengden 13 er arealet av parallellogrammet spent ut av sidevektorene.

Steg 6 - Finn trekantarealet

\[A_{\triangle ABC}=\frac12\cdot13=\frac{13}{2}\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Cross((-3,4,0),(-3,0,1))
Resultat: \((4,3,12)\)
2Length((4,3,12))/2
Resultat: \(13/2\)

Tolkning: CAS bekrefter både normalvektor og areal.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import Matrix, sqrt, Rational
AB = Matrix([-3, 4, 0])
AC = Matrix([-3, 0, 1])
cross = AB.cross(AC)
norm = sqrt(cross.dot(cross))
area = norm/2
print("AB =", AB.T)
print("AC =", AC.T)
print("AB x AC =", cross.T)
print("Lengde av kryssprodukt =", norm)
print("Areal av trekanten =", area)
assert cross == Matrix([4, 3, 12])
assert area == Rational(13,2)
Utskrift
AB = Matrix([[-3, 4, 0]])
AC = Matrix([[-3, 0, 1]])
AB x AC = Matrix([[4, 3, 12]])
Lengde av kryssprodukt = 13
Areal av trekanten = 13/2

Fasit: \(\overrightarrow{AB}\times\overrightarrow{AC}=(4,3,12)\), og arealet er \(13/2\).

Vanlig feil: Å bruke hele kryssproduktlengden som trekantareal og glemme faktoren \(1/2\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter riktige sidevektorer, kryssprodukt og geometrisk tolkning.
Del 1 · Oppgave 5bPlanlikning

Oppgave 5b

Oppgave: Punktene \(A\), \(B\) og \(C\) ligger i et plan \(\alpha\). Bestem likningen for planet \(\alpha\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Kryssproduktet fra del a er en normalvektor til planet. Vi bruker punkt-normal-form.

Steg 1 - Velg normalvektor

\[\mathbf n=(4,3,12)\]

Steg 2 - Bruk et punkt i planet

Vi bruker \(A(3,0,0)\).

Steg 3 - Skriv punkt-normal-form

\[4(x-3)+3(y-0)+12(z-0)=0\]

Steg 4 - Utvid parentesen

\[4x-12+3y+12z=0\]

Steg 5 - Samle konstanten

\[4x+3y+12z=12\]

Steg 6 - Kontroller punktene

Innsetting av A, B og C gir 12 på venstresiden i alle tre tilfeller.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Plane((3,0,0),normal=(4,3,12))
Resultat: \(4x+3y+12z=12\)

Tolkning: CAS bekrefter at alle tre punktene ligger i planet.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, simplify
x, y, z = symbols('x y z', real=True)
plane = 4*x + 3*y + 12*z - 12
points = {'A':(3,0,0), 'B':(0,4,0), 'C':(0,0,1)}
print("Planuttrykk =", plane)
for name, point in points.items():
    value = simplify(plane.subs({x:point[0], y:point[1], z:point[2]}))
    print(name, point, "gir", value)
    assert value == 0
Utskrift
Planuttrykk = 4*x + 3*y + 12*z - 12
A (3, 0, 0) gir 0
B (0, 4, 0) gir 0
C (0, 0, 1) gir 0

Fasit: \(\alpha:\ 4x+3y+12z=12\).

Vanlig feil: Å bruke kryssproduktet som et punkt i stedet for som normalvektor.
Sensorpunkt: Sensor ser etter normalvektor, punkt-normal-form og en ryddig planlikning.
Del 1 · Oppgave 5cKurve og plan

Oppgave 5c

Oppgave: Partikkelen har \(\overrightarrow{OP}=\left(t,\frac{t^2}{3},-\frac t4\right)\), \(t\ge0\). Hvor lang tid tar det før partikkelen treffer planet \(\alpha\), og hva er treffpunktet?
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi setter partikkelens koordinater inn i planlikningen og løser for tiden.

Steg 1 - Bruk planlikningen

\[4x+3y+12z=12\]

Steg 2 - Sett inn parameterframstillingen

\[4t+3\cdot\frac{t^2}{3}+12\left(-\frac t4\right)=12\]

Steg 3 - Forenkle

\[4t+t^2-3t=12\]

Steg 4 - Lag andregradslikningen

\[t^2+t-12=0\]

Steg 5 - Faktoriser og bruk tidskravet

\[(t+4)(t-3)=0\Rightarrow t=3\quad(t\ge0)\]

Steg 6 - Finn punktet

\[P=\left(3,\frac{9}{3},-\frac34\right)=\left(3,3,-\frac34\right)\]
Partikkelbanen treffer planet i punktet (3, 3, -3/4).
Partikkelbanen treffer planet i punktet (3, 3, -3/4).

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve(4t+3(t^2/3)+12(-t/4)=12,t)
Resultat: \(t=-4,3\)
2Select(t>=0)
Resultat: \(t=3\)

Tolkning: Den negative roten forkastes fordi tid er ikke-negativ.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, solve, Eq, Rational, simplify
t = symbols('t', real=True)
x = t
y = t**2/3
z = -t/4
equation = Eq(4*x + 3*y + 12*z, 12)
roots = solve(equation, t)
valid = [r for r in roots if r >= 0]
print("Likning for treff:", equation)
print("Alle rotter:", roots)
print("Gyldig tid:", valid)
t0 = valid[0]
point = (t0, simplify(t0**2/3), simplify(-t0/4))
print("Treffpunkt:", point)
assert t0 == 3
assert point == (3, 3, Rational(-3,4))
Utskrift
Likning for treff: Eq(t**2 + t, 12)
Alle rotter: [-4, 3]
Gyldig tid: [3]
Treffpunkt: (3, 3, -3/4)

Fasit: Tiden er \(t=3\), og treffpunktet er \(\left(3,3,-\frac34\right)\).

Vanlig feil: Å beholde den negative roten \(t=-4\), eller å sette parameteren feil inn i planet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter parameterinnsetting, løsning med domenekontroll og koordinatene til treffpunktet.
Del 1 · Oppgave 6Induksjonsbevis

Oppgave 6

Oppgave: En tallfølge er gitt ved \(a_1=-1\) og \(a_{n+1}=a_n+n-1\). Bruk induksjon til å bevise at \(a_n=\frac{n(n-3)}2\), \(n\in\mathbb N\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal gjennomføre et komplett induksjonsbevis: grunntrinn, hypotese og induksjonssteg.

Steg 1 - Grunntrinn n=1

\[\frac{1(1-3)}2=-1=a_1\]

Steg 2 - Formuler induksjonshypotesen

Anta at formelen gjelder for \(n=k\):

\[a_k=\frac{k(k-3)}2\]

Steg 3 - Bruk rekursjonen

\[a_{k+1}=a_k+k-1\]

Steg 4 - Sett inn hypotesen

\[a_{k+1}=\frac{k(k-3)}2+k-1\]

Steg 5 - Forenkle uten å hoppe over algebra

\[a_{k+1}=\frac{k^2-3k+2k-2}{2}=\frac{k^2-k-2}{2}=\frac{(k+1)(k-2)}2\]

Steg 6 - Sammenlign med ønsket form

\[\frac{(k+1)((k+1)-3)}2\]

Steg 7 - Konkluder

Formelen gjelder for \(k+1\). Dermed gjelder den for alle \(n\in\mathbb N\).

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Simplify(k(k-3)/2+k-1)
Resultat: \((k+1)(k-2)/2\)

Tolkning: CAS bekrefter den kritiske algebraen i induksjonssteget.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, simplify, factor
k = symbols('k', integer=True, positive=True)
hypothesis = k*(k-3)/2
next_from_recursion = hypothesis + k - 1
target = (k+1)*((k+1)-3)/2
print("Induksjonshypotese a_k =", hypothesis)
print("a_(k+1) fra rekursjonen =", next_from_recursion)
print("Faktorisert =", factor(next_from_recursion))
print("Mal for k+1 =", target)
print("Differanse =", simplify(next_from_recursion - target))
assert simplify(next_from_recursion - target) == 0
Utskrift
Induksjonshypotese a_k = k*(k - 3)/2
a_(k+1) fra rekursjonen = k*(k - 3)/2 + k - 1
Faktorisert = (k - 2)*(k + 1)/2
Mal for k+1 = (k - 2)*(k + 1)/2
Differanse = 0

Fasit: \(a_n=\frac{n(n-3)}2\) for alle \(n\in\mathbb N\).

Vanlig feil: Å skrive «det stemmer også for k+1» uten å bruke rekursjonen og vise algebraen.
Sensorpunkt: Sensor ser spesielt etter et eksplisitt grunntrinn, en tydelig hypotese og et komplett induksjonssteg.
Del 1 · Oppgave 7aTrigonometrisk nullpunkt

Oppgave 7a

Oppgave: Funksjonen er \(f(x)=3-3\cos(1-x^2)\), \(x\in\left(-\frac\pi2,\frac\pi2\right)\). Bestem nullpunktene ved regning.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi setter funksjonen lik null, bruker når cosinus er 1 og begrenser løsningene med definisjonsområdet.

Steg 1 - Sett f lik null

\[3-3\cos(1-x^2)=0\]

Steg 2 - Isoler cosinus

\[\cos(1-x^2)=1\]

Steg 3 - Bruk generell løsning

\[1-x^2=2k\pi,\qquad k\in\mathbb Z\]

Steg 4 - Bruk området til argumentet

Når \(|x|<\pi/2\), ligger \(1-x^2\) mellom omtrent \(-1.47\) og 1. Bare \(2k\pi=0\) er mulig.

Steg 5 - Løs den gjenværende likningen

\[1-x^2=0\Rightarrow x^2=1\Rightarrow x=\pm1\]

Steg 6 - Kontroller domenet

Både \(-1\) og 1 ligger i intervallet.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve(3-3cos(1-x^2)=0, -pi/2<x<pi/2)
Resultat: \(x=-1,1\)

Tolkning: CAS bekrefter de to nullpunktene i intervallet.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, cos, pi, solveset, Interval
x = symbols('x', real=True)
f = 3 - 3*cos(1-x**2)
domain = Interval.open(-pi/2, pi/2)
roots = solveset(f, x, domain=domain)
print("f(x) =", f)
print("Definisjonsomrade =", domain)
print("Nullpunkter i omradet =", roots)
print("f(-1) =", f.subs(x, -1))
print("f(1) =", f.subs(x, 1))
assert f.subs(x, -1) == 0 and f.subs(x, 1) == 0
Utskrift
f(x) = 3 - 3*cos(x**2 - 1)
Definisjonsomrade = Interval.open(-pi/2, pi/2)
Nullpunkter i omradet = Union(Intersection(ImageSet(Lambda(_n, -sqrt(2*_n*pi + 1)), Integers), Interval.open(-pi/2, pi/2)), Intersection(ImageSet(Lambda(_n, sqrt(2*_n*pi + 1)), Integers), Interval.open(-pi/2, pi/2)))
f(-1) = 0
f(1) = 0

Fasit: Nullpunktene er \(x=-1\) og \(x=1\).

Vanlig feil: Å bruke bare \(\cos u=1\Rightarrow u=0\) uten å nevne den generelle løsningen og domenebegrensningen.
Sensorpunkt: Sensor ser etter generell trigonometrisk løsning og korrekt bruk av definisjonsområdet.
Del 1 · Oppgave 7bEkstrempunkter

Oppgave 7b

Oppgave: Bruk \(f\prime(x)\) til å bestemme x-verdien til eventuelle topp- eller bunnpunkter på grafen til \(f\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi deriverer med kjerneregelen, finner kritiske punkter og klassifiserer dem ved fortegn eller funksjonsverdier.

Steg 1 - Deriver funksjonen

\[f\prime(x)=-6x\sin(1-x^2)\]

Steg 2 - Sett den deriverte lik null

\[-6x\sin(1-x^2)=0\]

Steg 3 - Løs faktorene

Enten \(x=0\), eller \(\sin(1-x^2)=0\).

Steg 4 - Bruk sinusløsningen og domenet

\[1-x^2=k\pi\]

I det aktuelle området gir dette bare \(k=0\), altså \(x=\pm1\).

Steg 5 - Samle kritiske x-verdier

\[x=-1,\ 0,\ 1\]

Steg 6 - Klassifiser

\(f(\pm1)=0\) og funksjonen er ikke-negativ, så \(x=\pm1\) er bunnpunkter. Ved \(x=0\) ligger et lokalt toppunkt.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Derivative(3-3cos(1-x^2),x)
Resultat: \(-6x\sin(1-x^2)\)
2Solve(f\prime=0,domain)
Resultat: \(-1,0,1\)

Tolkning: CAS bekrefter alle tre kritiske x-verdier.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, cos, sin, diff, pi, simplify
x = symbols('x', real=True)
f = 3 - 3*cos(1-x**2)
fp = simplify(diff(f, x))
critical = [-1, 0, 1]
print("f'(x) =", fp)
for c in critical:
    print("x =", c, ": f'(x) =", simplify(fp.subs(x,c)), ", f(x) =", f.subs(x,c))
print("Numerisk f(0) =", f.subs(x,0).evalf())
assert all(simplify(fp.subs(x,c)) == 0 for c in critical)
Utskrift
f'(x) = 6*x*sin(x**2 - 1)
x = -1 : f'(x) = 0 , f(x) = 0
x = 0 : f'(x) = 0 , f(x) = 3 - 3*cos(1)
x = 1 : f'(x) = 0 , f(x) = 0
Numerisk f(0) = 1.37909308239558

Fasit: Bunnpunkter ved \(x=-1\) og \(x=1\); lokalt toppunkt ved \(x=0\).

Vanlig feil: Å finne bare \(x=0\) fra den første faktoren og overse sinusfaktoren.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt kjerneregel, alle kritiske punkter og en begrunnet klassifisering.
Del 1 · Oppgave 7cGrafanalyse

Oppgave 7c

Oppgave: Tre grafer er tegnet. Én av dem er grafen til \(f\). Avgjør hvilken og begrunn svaret.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi sammenholder nullpunkter, symmetri, fortegn og ekstrempunkter med de tre alternativene.

Steg 1 - Undersøk symmetri

Funksjonen avhenger av \(x^2\), så \(f(-x)=f(x)\). Grafen er symmetrisk om y-aksen.

Steg 2 - Undersøk fortegnet

Siden \(\cos u\le1\), er \(3-3\cos u\ge0\). Grafen ligger aldri under x-aksen.

Steg 3 - Bruk nullpunktene

Grafen må treffe x-aksen ved \(x=-1\) og \(x=1\).

Steg 4 - Bruk ekstrempunktene

Den har bunnpunkter ved \(\pm1\) og et lokalt toppunkt ved \(x=0\).

Steg 5 - Sammenlign alternativene

Graf (2) og graf (3) går under x-aksen og kan ikke være riktige.

Steg 6 - Konkluder

Graf (1) har alle de nødvendige egenskapene.

Grafen er symmetrisk, ikke-negativ, har nullpunkter ved ±1 og lokalt toppunkt ved x=0.
Grafen er symmetrisk, ikke-negativ, har nullpunkter ved ±1 og lokalt toppunkt ved x=0.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Plot(3-3cos(1-x^2),-pi/2,pi/2)
Resultat: symmetrisk og ikke-negativ med nullpunkter \(\pm1\)

Tolkning: Den digitale grafen samsvarer med alternativ (1).

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, cos, simplify
x = symbols('x', real=True)
f = 3 - 3*cos(1-x**2)
print("f(-x)-f(x) =", simplify(f.subs(x,-x)-f))
print("f(-1) =", f.subs(x,-1))
print("f(0) =", f.subs(x,0), "≈", f.subs(x,0).evalf())
print("f(1) =", f.subs(x,1))
for value in [-1.4,-.5,.5,1.4]:
    print("f(", value, ") ≈", float(f.subs(x,value)))
assert simplify(f.subs(x,-x)-f) == 0
Utskrift
f(-x)-f(x) = 0
f(-1) = 0
f(0) = 3 - 3*cos(1) ≈ 1.37909308239558
f(1) = 0
f( -1.4 ) ≈ 1.2794400417826293
f( -0.5 ) ≈ 0.8049333933785374
f( 0.5 ) ≈ 0.8049333933785374
f( 1.4 ) ≈ 1.2794400417826293

Fasit: Graf \((1)\).

Vanlig feil: Å velge graf bare ut fra ett punkt og ignorere fortegn eller symmetri.
Sensorpunkt: Sensor ser etter flere uavhengige kjennetegn: symmetri, nullpunkter, fortegn og ekstrempunkter.
Del 1 · Oppgave 8aTrigonometrisk identitet

Oppgave 8a

Oppgave: Bruk \(\cos(u+v)=\cos u\cos v-\sin u\sin v\) til å bestemme et uttrykk for \(\cos(2x)\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi setter \(u=x\) og \(v=x\) i den oppgitte addisjonsformelen.

Steg 1 - Skriv 2x som sum

\[2x=x+x\]

Steg 2 - Sett u=x og v=x

\[\cos(2x)=\cos(x+x)\]

Steg 3 - Bruk formelen

\[\cos(x+x)=\cos x\cos x-\sin x\sin x\]

Steg 4 - Skriv potenser

\[=\cos^2x-\sin^2x\]

Steg 5 - Nevn ekvivalente former

Ved \(\sin^2x+\cos^2x=1\) kan dette også skrives \(2\cos^2x-1\) eller \(1-2\sin^2x\).

Steg 6 - Konkluder

Den direkte formen fra addisjonsformelen er ønsket.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1TrigExpand(cos(2x))
Resultat: \(\cos^2x-\sin^2x\)

Tolkning: CAS bekrefter dobbeltvinkelidentiteten.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, sin, cos, expand_trig, simplify
x = symbols('x', real=True)
expanded = expand_trig(cos(2*x))
expected = cos(x)**2 - sin(x)**2
print("Utvidet cos(2x) =", expanded)
print("Forventet uttrykk =", expected)
print("Kontroll =", simplify(expanded - expected))
assert simplify(expanded - expected) == 0
Utskrift
Utvidet cos(2x) = 2*cos(x)**2 - 1
Forventet uttrykk = -sin(x)**2 + cos(x)**2
Kontroll = 0

Fasit: \(\cos(2x)=\cos^2x-\sin^2x\).

Vanlig feil: Å bruke sinusformelen eller få pluss mellom de to kvadratene.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt innsetting \(u=v=x\) i den oppgitte formelen.
Del 1 · Oppgave 8bAlgebra og identiteter

Oppgave 8b

Oppgave: Skriv uttrykket \(\cos^4x-\sin^4x\) så enkelt som mulig.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi bruker konjugatsetningen og de to grunnidentitetene \(\cos^2x+\sin^2x=1\) og dobbeltvinkelformelen.

Steg 1 - Se forskjell av kvadrater

\[\cos^4x-\sin^4x=(\cos^2x)^2-(\sin^2x)^2\]

Steg 2 - Faktoriser

\[=(\cos^2x-\sin^2x)(\cos^2x+\sin^2x)\]

Steg 3 - Bruk enhetsidentiteten

\[\cos^2x+\sin^2x=1\]

Steg 4 - Forenkle produktet

\[=\cos^2x-\sin^2x\]

Steg 5 - Bruk resultatet fra a

\[\cos^2x-\sin^2x=\cos(2x)\]

Steg 6 - Konkluder

Uttrykket reduseres til én trigonometrisk funksjon.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1TrigSimplify(cos(x)^4-sin(x)^4)
Resultat: \(\cos(2x)\)

Tolkning: CAS bekrefter identiteten symbolsk.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, sin, cos, trigsimp, simplify
x = symbols('x', real=True)
expr = cos(x)**4 - sin(x)**4
result = trigsimp(expr)
print("Opprinnelig uttrykk =", expr)
print("Trigonometrisk forenkling =", result)
print("Kontroll mot cos(2x) =", simplify(expr - cos(2*x)))
assert simplify(expr - cos(2*x)) == 0
Utskrift
Opprinnelig uttrykk = -sin(x)**4 + cos(x)**4
Trigonometrisk forenkling = cos(2*x)
Kontroll mot cos(2x) = 0

Fasit: \(\cos(2x)\).

Vanlig feil: Å bruke \(a^2-b^2=(a-b)^2\), som er feil.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt faktorisering og bruk av begge identitetene.
Del 1 · Oppgave 9Trigonometrisk likning

Oppgave 9

Oppgave: Løs \(\sin x+\cos x=1\) for \(x\in[0,2\pi]\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skriver venstresiden som en forskjøvet sinusfunksjon og finner alle løsninger i det lukkede intervallet.

Steg 1 - Bruk amplitudeformen

\[\sin x+\cos x=\sqrt2\sin\left(x+\frac\pi4\right)\]

Steg 2 - Sett inn i likningen

\[\sqrt2\sin\left(x+\frac\pi4\right)=1\]

Steg 3 - Isoler sinus

\[\sin\left(x+\frac\pi4\right)=\frac1{\sqrt2}\]

Steg 4 - Skriv de to løsningsfamiliene

\[x+\frac\pi4=\frac\pi4+2k\pi\quad\text{eller}\quad x+\frac\pi4=\frac{3\pi}4+2k\pi\]

Steg 5 - Løs for x

\[x=2k\pi\quad\text{eller}\quad x=\frac\pi2+2k\pi\]

Steg 6 - Velg løsninger i intervallet

\[x=0,\ \frac\pi2,\ 2\pi\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve(sin(x)+cos(x)=1,0<=x<=2pi)
Resultat: \(0,\pi/2,2\pi\)

Tolkning: CAS bekrefter alle tre løsninger, inkludert begge endepunktene.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, sin, cos, pi, solveset, Interval, simplify
x = symbols('x', real=True)
expr = sin(x) + cos(x) - 1
solutions = solveset(expr, x, domain=Interval(0, 2*pi))
print("Likning: sin(x) + cos(x) = 1")
print("Losninger i [0, 2*pi] =", solutions)
for value in [0, pi/2, 2*pi]:
    print("x =", value, "gir venstreside =", simplify(sin(value)+cos(value)))
assert all(simplify(expr.subs(x,v)) == 0 for v in [0,pi/2,2*pi])
Utskrift
Likning: sin(x) + cos(x) = 1
Losninger i [0, 2*pi] = {0, pi/2, 2*pi}
x = 0 gir venstreside = 1
x = pi/2 gir venstreside = 1
x = 2*pi gir venstreside = 1

Fasit: \(x=0,\ \frac\pi2,\ 2\pi\).

Vanlig feil: Å glemme at intervallet er lukket, slik at både 0 og \(2\pi\) skal tas med.
Sensorpunkt: Sensor ser etter begge løsningsfamiliene og korrekt intervallutvelgelse.

Del 2 - med hjelpemidler

Del 2 · Oppgave 1aModellering

Oppgave 1a

Oppgave: Farten er gitt ved \(v(t)=26-0{,}08s(t)\). Bestem farten etter 125 km.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Her er farten uttrykt direkte som funksjon av tilbakelagt strekning. Vi setter \(s=125\).

Steg 1 - Identifiser kjent verdi

\[s=125\text{ km}\]

Steg 2 - Sett inn i modellen

\[v=26-0{,}08\cdot125\]

Steg 3 - Beregn produktet

\[0{,}08\cdot125=10\]

Steg 4 - Trekk fra

\[v=26-10=16\]

Steg 5 - Kontroller benevningen

Farten måles i kilometer per time.

Steg 6 - Tolk svaret

Etter 125 km har den modellerte farten falt med 10 km/h.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
126-0.08*125
Resultat: \(16\)

Tolkning: Kalkulatorfeltet gir 16 km/h.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import Rational
s = 125
v = 26 - Rational(8,100)*s
print("Tilbakelagt strekning =", s, "km")
print("Fart v = 26 - 0.08*s =", v, "km/h")
print("Fartsreduksjon =", 26-v, "km/h")
assert v == 16
Utskrift
Tilbakelagt strekning = 125 km
Fart v = 26 - 0.08*s = 16 km/h
Fartsreduksjon = 10 km/h

Fasit: \(16\text{ km/h}\).

Vanlig feil: Å sette inn tiden 125 i stedet for strekningen 125 km.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt variabelinnsetting og benevning.
Del 2 · Oppgave 1bDifferensiallikning

Oppgave 1b

Oppgave: Bestem \(s(t)\) når \(s\prime(t)=26-0{,}08s(t)\) og \(s(0)=0\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Dette er en lineær/separabel differensiallikning med likevektsverdi. Vi løser og bruker startbetingelsen.

Steg 1 - Finn likevektsverdien

\[26-0{,}08s=0\Rightarrow s=325\]

Steg 2 - Omskriv likningen

\[s\prime=-0{,}08(s-325)\]

Steg 3 - Separer variablene

\[\frac{ds}{s-325}=-0{,}08dt\]

Steg 4 - Integrer

\[\ln|s-325|=-0{,}08t+C\]

Steg 5 - Eksponentialiser

\[s-325=Ce^{-0{,}08t}\]

Steg 6 - Bruk s(0)=0

\[-325=C\Rightarrow s(t)=325(1-e^{-0{,}08t})\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1SolveODE(s\prime=26-0.08s,s(0)=0)
Resultat: \(s(t)=325(1-e^{-0.08t})\)

Tolkning: CAS bekrefter løsningen og initialverdien.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Function, Eq, dsolve, diff, exp, Rational, simplify
t = symbols('t', real=True)
s = Function('s')
ode = Eq(diff(s(t), t), 26 - Rational(8,100)*s(t))
solution = dsolve(ode, ics={s(0):0})
print("Differensiallikning:", ode)
print("Losning:", solution)
rhs = solution.rhs
print("s(0) =", rhs.subs(t,0))
print("Restledd =", simplify(diff(rhs,t) - (26-Rational(8,100)*rhs)))
assert rhs.subs(t,0) == 0
assert simplify(diff(rhs,t) - (26-Rational(8,100)*rhs)) == 0
Utskrift
Differensiallikning: Eq(Derivative(s(t), t), 26 - 2*s(t)/25)
Losning: Eq(s(t), 325 - 325*exp(-2*t/25))
s(0) = 0
Restledd = 0

Fasit: \(s(t)=325(1-e^{-0{,}08t})\).

Vanlig feil: Å glemme startbetingelsen eller å få feil fortegn i eksponenten.
Sensorpunkt: Sensor ser etter full løsning av differensiallikningen og korrekt konstant.
Del 2 · Oppgave 1cEksponentialmodell

Oppgave 1c

Oppgave: Hvor langt sykler Roger den første timen? Hvor lang tid bruker han på 125 km?
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi bruker den løste strekningfunksjonen først ved \(t=1\), deretter løser vi \(s(t)=125\).

Steg 1 - Beregn første time

\[s(1)=325(1-e^{-0{,}08})\]

Steg 2 - Finn numerisk verdi

\[s(1)\approx24{,}99\text{ km}\]

Steg 3 - Sett strekningen lik 125

\[325(1-e^{-0{,}08t})=125\]

Steg 4 - Isoler eksponentialleddet

\[e^{-0{,}08t}=1-\frac{125}{325}=\frac8{13}\]

Steg 5 - Ta naturlig logaritme

\[-0{,}08t=\ln\frac8{13}\]

Steg 6 - Løs for t

\[t=\frac{\ln(13/8)}{0{,}08}\approx6{,}07\text{ timer}\]
Strekningen nærmer seg 325 km asymptotisk, mens farten avtar eksponentielt.
Strekningen nærmer seg 325 km asymptotisk, mens farten avtar eksponentielt.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1325(1-exp(-0.08))
Resultat: \(24.987\)
2Solve(325(1-exp(-0.08t))=125,t)
Resultat: \(6.069\)

Tolkning: CAS gir både første-timesstrekningen og tiden til 125 km.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, exp, log, Rational, N, solve, Eq, simplify
t = symbols('t', positive=True)
s = 325*(1-exp(-Rational(8,100)*t))
first_hour = N(s.subs(t,1), 10)
time_exact = log(Rational(13,8))/Rational(8,100)
time_num = N(time_exact, 10)
print("s(1) =", first_hour, "km")
print("Eksakt tid til 125 km =", time_exact)
print("Numerisk tid =", time_num, "timer")
print("Kontroll s(tid) =", N(s.subs(t,time_exact), 12))
assert simplify(s.subs(t,time_exact)-125) == 0
Utskrift
s(1) = 24.98718742 km
Eksakt tid til 125 km = 25*log(13/8)/2
Numerisk tid = 6.068847697 timer
Kontroll s(tid) = 125.000000000

Fasit: Første time: ca. \(24{,}99\) km. Tid til 125 km: ca. \(6{,}07\) timer.

Vanlig feil: Å bruke den aktuelle farten som om den var konstant gjennom hele turen.
Sensorpunkt: Sensor ser etter bruk av strekningfunksjonen og korrekt logaritmeløsning.
Del 2 · Oppgave 2aRomgeometri

Oppgave 2a

Oppgave: Pyramiden har \(A(0,0,0)\), \(B(1,0,-1)\), \(C(1,1,0)\) og \(P(t,2t+1,t^2+2)\). Bestem et uttrykk for volumet \(V(t)\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Volumet av et tetraeder er en sjettedel av absoluttverdien av det skalare trippelproduktet.

Steg 1 - Lag vektorene fra A

\[\overrightarrow{AB}=(1,0,-1),\quad\overrightarrow{AC}=(1,1,0),\quad\overrightarrow{AP}=(t,2t+1,t^2+2)\]

Steg 2 - Skriv volumformelen

\[V(t)=\frac16\left|\det(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AC},\overrightarrow{AP})\right|\]

Steg 3 - Beregn determinanten

\[\det=t^2-t+1\]

Steg 4 - Undersøk fortegnet

\[t^2-t+1=\left(t-\frac12\right)^2+\frac34>0\]

Steg 5 - Fjern absoluttverdien

\[|t^2-t+1|=t^2-t+1\]

Steg 6 - Skriv volumfunksjonen

\[V(t)=\frac{t^2-t+1}{6}\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Determinant((1,0,-1),(1,1,0),(t,2t+1,t^2+2))
Resultat: \(t^2-t+1\)
2Abs(...)/6
Resultat: \((t^2-t+1)/6\)

Tolkning: CAS bekrefter determinanten og at uttrykket alltid er positivt.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Matrix, Rational, simplify
t = symbols('t', real=True)
AB = Matrix([1,0,-1])
AC = Matrix([1,1,0])
AP = Matrix([t,2*t+1,t**2+2])
determinant = Matrix.hstack(AB,AC,AP).det()
V = simplify(determinant/6)
print("Determinant =", determinant)
print("Kvadratkomplettert uttrykk =", (t-Rational(1,2))**2 + Rational(3,4))
print("Volumfunksjon V(t) =", V)
assert simplify(determinant-(t**2-t+1)) == 0
assert simplify(V-(t**2-t+1)/6) == 0
Utskrift
Determinant = t**2 - t + 1
Kvadratkomplettert uttrykk = (t - 1/2)**2 + 3/4
Volumfunksjon V(t) = t**2/6 - t/6 + 1/6

Fasit: \(V(t)=\frac{t^2-t+1}{6}\).

Vanlig feil: Å glemme faktoren \(1/6\), eller å fjerne absoluttverdien uten å begrunne fortegnet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter trippelprodukt, determinant og fortegnsargument.
Del 2 · Oppgave 2bLikning og koordinater

Oppgave 2b

Oppgave: Bestem koordinatene til \(P\) slik at \(V(t)=\frac72\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi setter volumfunksjonen lik ønsket volum, løser andregradslikningen og setter begge t-verdier inn i P.

Steg 1 - Sett opp likningen

\[\frac{t^2-t+1}{6}=\frac72\]

Steg 2 - Multipliser med 6

\[t^2-t+1=21\]

Steg 3 - Flytt alle ledd

\[t^2-t-20=0\]

Steg 4 - Faktoriser

\[(t-5)(t+4)=0\]

Steg 5 - Finn parameterverdiene

\[t=5\quad\text{eller}\quad t=-4\]

Steg 6 - Finn punktene

\[P(5)=(5,11,27),\qquad P(-4)=(-4,-7,18)\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve((t^2-t+1)/6=7/2,t)
Resultat: \(t=-4,5\)

Tolkning: CAS bekrefter begge punktene og volumet.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Eq, solve, Rational, simplify
t = symbols('t', real=True)
V = (t**2-t+1)/6
roots = solve(Eq(V,Rational(7,2)),t)
print("Parameterverdier =", roots)
for r in roots:
    P = (r, 2*r+1, r**2+2)
    print("t =", r, "gir P =", P, "og V =", simplify(V.subs(t,r)))
assert set(roots) == {-4,5}
Utskrift
Parameterverdier = [-4, 5]
t = -4 gir P = (-4, -7, 18) og V = 7/2
t = 5 gir P = (5, 11, 27) og V = 7/2

Fasit: \(P=(-4,-7,18)\) eller \(P=(5,11,27)\).

Vanlig feil: Å oppgi bare én av de to røttene eller å gjøre feil ved innsetting i \(2t+1\) og \(t^2+2\).
Sensorpunkt: Sensor ser etter begge løsninger og begge koordinatsett.
Del 2 · Oppgave 2cOptimering

Oppgave 2c

Oppgave: Bestem koordinatene til \(P\) slik at volumet \(V(t)\) blir minst mulig.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Volumfunksjonen er en oppadgående andregradsfunksjon. Vi finner toppunktets t-verdi og setter den inn i P.

Steg 1 - Bruk volumfunksjonen

\[V(t)=\frac{t^2-t+1}{6}\]

Steg 2 - Deriver

\[V\prime(t)=\frac{2t-1}{6}\]

Steg 3 - Sett deriverten lik null

\[2t-1=0\Rightarrow t=\frac12\]

Steg 4 - Kontroller minimum

\[V\prime\prime(t)=\frac13>0\]

Steg 5 - Finn koordinatene

\[P\left(\frac12\right)=\left(\frac12,2,\frac94\right)\]

Steg 6 - Finn minimumsvolumet som kontroll

\[V\left(\frac12\right)=\frac18\]
Pyramiden ved parameterverdien t=1/2, som gir minimumsvolum.
Pyramiden ved parameterverdien t=1/2, som gir minimumsvolum.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Extremum((t^2-t+1)/6)
Resultat: \(t=1/2\), minimum \(1/8\)

Tolkning: CAS bekrefter positiv andrederivert og minimumspunktet.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, diff, solve, Rational, simplify
t = symbols('t', real=True)
V = (t**2-t+1)/6
critical = solve(diff(V,t),t)[0]
P = (critical, 2*critical+1, critical**2+2)
print("V'(t) =", diff(V,t))
print("Kritisk t =", critical)
print("V''(t) =", diff(V,t,2))
print("Punkt P =", P)
print("Minste volum =", simplify(V.subs(t,critical)))
assert critical == Rational(1,2)
assert P == (Rational(1,2),2,Rational(9,4))
assert simplify(V.subs(t,critical)) == Rational(1,8)
Utskrift
V'(t) = t/3 - 1/6
Kritisk t = 1/2
V''(t) = 1/3
Punkt P = (1/2, 2, 9/4)
Minste volum = 1/8

Fasit: \(P=\left(\frac12,2,\frac94\right)\), og minste volum er \(1/8\).

Vanlig feil: Å minimere determinanten uten å kontrollere absoluttverdien, eller å oppgi bare t og ikke koordinatene.
Sensorpunkt: Sensor ser etter derivertest og fullstendige koordinater.
Del 2 · Oppgave 3aTrigonometrisk modell

Oppgave 3a

Oppgave: \(h(t)=-67{,}5\cos\left(\frac\pi{15}t\right)+69{,}5\). Tegn grafen for \(t\in[0,30]\), og bestem grafisk når passasjeren er 50 m over bakken.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi tegner modellen og løser skjæringen med den horisontale linjen \(h=50\).

Steg 1 - Sett høyden lik 50

\[-67{,}5\cos\left(\frac\pi{15}t\right)+69{,}5=50\]

Steg 2 - Isoler cosinus

\[\cos\left(\frac\pi{15}t\right)=\frac{19{,}5}{67{,}5}=\frac{13}{45}\]

Steg 3 - Finn første vinkel

\[\theta=\arccos\frac{13}{45}\]

Steg 4 - Gjør om vinkel til tid

\[t_1=\frac{15}{\pi}\theta\approx6{,}10\]

Steg 5 - Bruk symmetrien i én periode

\[t_2=30-t_1\approx23{,}90\]

Steg 6 - Tolk grafisk

Den stigende og den synkende delen av runden krysser 50-meterslinjen én gang hver.

London Eye-modellen med 50-meterslinjen og vendepunktene.
London Eye-modellen med 50-meterslinjen og vendepunktene.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Intersect(h(t),50)
Resultat: \(t\approx6.101,23.899\)

Tolkning: Graftegneren viser to skjæringspunkter i intervallet.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, cos, pi, Eq, solveset, Interval, N, acos, Rational
t = symbols('t', real=True)
h = -Rational(135,2)*cos(pi*t/15) + Rational(139,2)
t1 = 15*acos(Rational(13,45))/pi
t2 = 30-t1
print("h(t) =", h)
print("Eksakt t1 =", t1)
print("Eksakt t2 =", t2)
print("Numeriske tider =", N(t1,10), "og", N(t2,10))
print("Kontroll h(t1) =", N(h.subs(t,t1),12))
print("Kontroll h(t2) =", N(h.subs(t,t2),12))
assert (h.subs(t,t1)-50).simplify() == 0
assert (h.subs(t,t2)-50).simplify() == 0
Utskrift
h(t) = 139/2 - 135*cos(pi*t/15)/2
Eksakt t1 = 15*acos(13/45)/pi
Eksakt t2 = -15*acos(13/45)/pi + 30
Numeriske tider = 6.100712740 og 23.89928726
Kontroll h(t1) = 50.0000000000
Kontroll h(t2) = 50.0000000000

Fasit: Passasjeren er 50 m over bakken etter ca. \(6{,}10\) min og \(23{,}90\) min.

Vanlig feil: Å oppgi bare den første skjæringen og glemme at høyden passeres både på vei opp og ned.
Sensorpunkt: Sensor ser etter korrekt grafvindu, begge skjæringer og hensiktsmessig avrunding.
Del 2 · Oppgave 3bVendepunkt og praktisk tolkning

Oppgave 3b

Oppgave: Bestem vendepunktene på grafen til \(h\). Forklar hvilken praktisk informasjon \(h\prime(7{,}5)\) og \(h\prime(22{,}5)\) gir.
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vendepunkter finnes ved fortegnsskifte i andrederiverten. Førstederiverten gir vertikal fart.

Steg 1 - Deriver én gang

\[h\prime(t)=4{,}5\pi\sin\left(\frac\pi{15}t\right)\]

Steg 2 - Deriver to ganger

\[h\prime\prime(t)=0{,}3\pi^2\cos\left(\frac\pi{15}t\right)\]

Steg 3 - Sett andrederiverten lik null

\[\cos\left(\frac\pi{15}t\right)=0\]

Steg 4 - Finn tidene i intervallet

\[t=7{,}5\quad\text{og}\quad t=22{,}5\]

Steg 5 - Finn høyden

\[h(7{,}5)=h(22{,}5)=69{,}5\]

Steg 6 - Tolk h-prime

\[h\prime(7{,}5)=4{,}5\pi\approx14{,}14\text{ m/min}\]

Passasjeren beveger seg oppover raskest. Ved \(22{,}5\) er verdien \(-4{,}5\pi\), altså samme fart nedover.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1InflectionPoint(h)
Resultat: \((7.5,69.5)\) og \((22.5,69.5)\)
2h\prime(7.5),h\prime(22.5)
Resultat: \(4.5\pi,-4.5\pi\)

Tolkning: CAS bekrefter vendepunktene og de vertikale hastighetene.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, cos, sin, pi, Rational, diff, N, simplify
t = symbols('t', real=True)
h = -Rational(135,2)*cos(pi*t/15) + Rational(139,2)
hp = diff(h,t)
hpp = diff(hp,t)
for value in [Rational(15,2), Rational(45,2)]:
    print("t =", value)
    print("  h(t) =", simplify(h.subs(t,value)))
    print("  h'(t) =", simplify(hp.subs(t,value)), "≈", N(hp.subs(t,value),8))
    print("  h''(t) =", simplify(hpp.subs(t,value)))
assert simplify(hpp.subs(t,Rational(15,2))) == 0
assert simplify(hpp.subs(t,Rational(45,2))) == 0
Utskrift
t = 15/2
  h(t) = 139/2
  h'(t) = 9*pi/2 ≈ 14.137167
  h''(t) = 0
t = 45/2
  h(t) = 139/2
  h'(t) = -9*pi/2 ≈ -14.137167
  h''(t) = 0

Fasit: Vendepunkter: \((7{,}5,69{,}5)\) og \((22{,}5,69{,}5)\). Vertikal fart er henholdsvis ca. \(+14{,}14\) og \(-14{,}14\) m/min.

Vanlig feil: Å kalle toppunktet ved t=15 et vendepunkt, eller å tolke negativ derivert som negativ fart i størrelse.
Sensorpunkt: Sensor ser etter andrederivert, koordinater og praktisk fortolkning av fortegn og benevning.
Del 2 · Oppgave 4aTangentlikninger

Oppgave 4a

Oppgave: For \(f(x)=x^2+ax+b\), vis at tangentene i \(Q(s,f(s))\) og \(R(t,f(t))\) er \(g(x)=(a+2s)x+b-s^2\) og \(h(x)=(a+2t)x+b-t^2\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi bruker tangentformelen \(y=f(u)+f\prime(u)(x-u)\) først med \(u=s\), deretter med \(u=t\).

Steg 1 - Deriver f

\[f\prime(x)=2x+a\]

Steg 2 - Finn stigningstallet ved s

\[f\prime(s)=2s+a\]

Steg 3 - Skriv tangenten ved s

\[g(x)=f(s)+f\prime(s)(x-s)\]

Steg 4 - Sett inn og forenkle

\[g(x)=s^2+as+b+(2s+a)(x-s)=(a+2s)x+b-s^2\]

Steg 5 - Gjenta ved t

\[h(x)=t^2+at+b+(2t+a)(x-t)\]

Steg 6 - Forenkle den andre tangenten

\[h(x)=(a+2t)x+b-t^2\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Tangent(f,s)
Resultat: \((a+2s)x+b-s^2\)
2Tangent(f,t)
Resultat: \((a+2t)x+b-t^2\)

Tolkning: CAS utvider tangentformelen til de oppgitte uttrykkene.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, expand, simplify
x, a, b, s, t = symbols('x a b s t', real=True)
f = x**2 + a*x + b
fs = s**2+a*s+b
ft = t**2+a*t+b
g = expand(fs + (2*s+a)*(x-s))
h = expand(ft + (2*t+a)*(x-t))
print("Tangent g(x) =", g)
print("Tangent h(x) =", h)
print("Kontroll g =", simplify(g-((a+2*s)*x+b-s**2)))
print("Kontroll h =", simplify(h-((a+2*t)*x+b-t**2)))
assert simplify(g-((a+2*s)*x+b-s**2)) == 0
assert simplify(h-((a+2*t)*x+b-t**2)) == 0
Utskrift
Tangent g(x) = a*x + b - s**2 + 2*s*x
Tangent h(x) = a*x + b - t**2 + 2*t*x
Kontroll g = 0
Kontroll h = 0

Fasit: \(g(x)=(a+2s)x+b-s^2\) og \(h(x)=(a+2t)x+b-t^2\).

Vanlig feil: Å bruke \(f(s)\) som stigningstall, eller å ikke forenkle konstantleddet.
Sensorpunkt: Sensor ser etter tangentformelen og full algebra for begge tangentene.
Del 2 · Oppgave 4bCAS og skjæringspunkt

Oppgave 4b

Oppgave: Bruk CAS til å vise at x-koordinaten til skjæringspunktet \(P\) er \(x_P=\frac{s+t}{2}\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi setter tangentuttrykkene lik hverandre og løser symbolsk. Punktene må være forskjellige, altså \(s e t\).

Steg 1 - Sett tangentene lik hverandre

\[(a+2s)x+b-s^2=(a+2t)x+b-t^2\]

Steg 2 - Forkort felles ledd

\[2sx-s^2=2tx-t^2\]

Steg 3 - Samle x-leddene

\[2(s-t)x=s^2-t^2\]

Steg 4 - Faktoriser høyresiden

\[2(s-t)x=(s-t)(s+t)\]

Steg 5 - Del på s-t

Siden \(s\ne t\), kan vi dele på \(s-t\).

\[2x=s+t\]

Steg 6 - Isoler x

\[x_P=\frac{s+t}{2}\]

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Solve(g(x)=h(x),x)
Resultat: \((s+t)/2\)

Tolkning: CAS eliminerer a og b og gir midtpunktet mellom s og t.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, Eq, solve, simplify
x, a, b, s, t = symbols('x a b s t', real=True)
g = (a+2*s)*x+b-s**2
h = (a+2*t)*x+b-t**2
solution = solve(Eq(g,h),x)[0]
print("g(x) =", g)
print("h(x) =", h)
print("Losning for x =", solution)
print("Kontroll =", simplify(solution-(s+t)/2))
assert simplify(solution-(s+t)/2) == 0
Utskrift
g(x) = b - s**2 + x*(a + 2*s)
h(x) = b - t**2 + x*(a + 2*t)
Losning for x = s/2 + t/2
Kontroll = 0

Fasit: \(x_P=\frac{s+t}{2}\), for \(s\ne t\).

Vanlig feil: Å dele på \(s-t\) uten å nevne at Q og R må være forskjellige punkter.
Sensorpunkt: Sensor ser etter symbolsk løsning og forståelse av hvorfor a og b faller bort.
Del 2 · Oppgave 4cIntegrasjon og symmetri

Oppgave 4c

Oppgave: Bruk CAS til å vise at de to områdene som deles av \(x=x_P\), har like stort areal for alle verdier av \(a\) og \(b\).
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi antar \(s<t\), finner avstanden mellom parablen og hver tangent, integrerer på hver side av midtpunktet og sammenligner.

Steg 1 - Finn avstanden til tangenten ved s

\[f(x)-g(x)=x^2-2sx+s^2=(x-s)^2\]

Steg 2 - Finn avstanden til tangenten ved t

\[f(x)-h(x)=x^2-2tx+t^2=(x-t)^2\]

Steg 3 - Bruk delingslinjen

\[x_P=\frac{s+t}{2}\]

Steg 4 - Sett opp venstre areal

\[A_1=\int_s^{(s+t)/2}(x-s)^2dx\]

Steg 5 - Beregn venstre areal

\[A_1=\frac13\left(\frac{t-s}{2}\right)^3=\frac{(t-s)^3}{24}\]

Steg 6 - Beregn høyre areal

\[A_2=\int_{(s+t)/2}^{t}(x-t)^2dx=\frac{(t-s)^3}{24}\]

Steg 7 - Konkluder

Dermed er \(A_1=A_2\). Uttrykkene inneholder verken \(a\) eller \(b\), så resultatet gjelder for alle verdier av disse.

Den vertikale linjen gjennom tangentens skjæringspunkt deler området i to like arealer.
Den vertikale linjen gjennom tangentens skjæringspunkt deler området i to like arealer.

Digital kontroll i GeoGebra/CAS

GGeoGebra / CAS
1Simplify(f-g)
Resultat: \((x-s)^2\)
2Integral(f-g,s,(s+t)/2)
Resultat: \((t-s)^3/24\)
3Integral(f-h,(s+t)/2,t)
Resultat: \((t-s)^3/24\)

Tolkning: CAS viser identiske arealuttrykk, uavhengig av a og b.

Digital kontroll i Python (SymPy)

Python 3.12 / SymPy - kjørt kontroll
from sympy import symbols, integrate, simplify, factor
x, a, b, s, t = symbols('x a b s t', real=True)
f = x**2+a*x+b
g = (a+2*s)*x+b-s**2
h = (a+2*t)*x+b-t**2
xp = (s+t)/2
left_gap = simplify(f-g)
right_gap = simplify(f-h)
A1 = factor(integrate(left_gap,(x,s,xp)))
A2 = factor(integrate(right_gap,(x,xp,t)))
print("f(x)-g(x) =", left_gap)
print("f(x)-h(x) =", right_gap)
print("Venstre areal A1 =", A1)
print("Hoyre areal A2 =", A2)
print("Differanse A1-A2 =", simplify(A1-A2))
assert simplify(left_gap-(x-s)**2) == 0
assert simplify(right_gap-(x-t)**2) == 0
assert simplify(A1-A2) == 0
Utskrift
f(x)-g(x) = s**2 - 2*s*x + x**2
f(x)-h(x) = t**2 - 2*t*x + x**2
Venstre areal A1 = -(s - t)**3/24
Hoyre areal A2 = -(s - t)**3/24
Differanse A1-A2 = 0

Fasit: Begge arealene er \(\frac{(t-s)^3}{24}\), og er derfor like store for alle \(a\) og \(b\) når \(s<t\).

Vanlig feil: Å integrere mellom feil kurver, eller å bruke fortegnet integral uten å sikre at integranden representerer positiv avstand.
Sensorpunkt: Sensor ser etter de perfekte kvadratene, korrekte integrasjonsgrenser og en eksplisitt sammenligning.