S1 eksamenHøst 2009

Matematikk S1 eksamen – høst 2009

ifingo
Norsk (Bokmål)

Matematikk S1 eksamen Høst 2009 - løsningsforslag

Alle oppgaver er transkribert fra Udir-PDF-en og løst på bokmål med full mellomregning, tolkning, vanlige feil og digital kontroll der det passer. I Oppgave 5 er begge alternativene løst, selv om eksamenskandidaten skulle velge ett av dem.

Del 1 - uten hjelpemidler

Del 1 løses for hånd. Her er hovedvekten på algebra, logaritmeregler, likninger, ulikheter, derivasjon, fortegnsskjema og grafisk tolkning.

Del 1 · Oppgave 1aAlgebra og logaritmer

Oppgave 1a

Oppgave:

Skriv så enkelt som mulig:

1) \(5a^2+(a-2)(a+2)-(2a+1)\)

2) \(\dfrac{2(x-2)}{3x}+\dfrac{1}{2}\)

3) \(\dfrac{a^4\cdot 2b^2}{(2a)^3}\)

4) \(\lg(a^2b)-\lg\left(\dfrac{1}{ab}\right)\)

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal forenkle fire uttrykk ved å bruke kvadratsetninger, fellesnevner, potensregler og logaritmeregler.

Steg 1 - Forenkle 1) med konjugatsetningen

\[(a-2)(a+2)=a^2-4\]

Da blir uttrykket

\[5a^2+a^2-4-2a-1=6a^2-2a-5.\]

Steg 2 - Forenkle 2) med fellesnevner

Fellesnevneren er \(6x\), og \(x\neq 0\).

\[\dfrac{2(x-2)}{3x}+\dfrac{1}{2}=\dfrac{4(x-2)}{6x}+\dfrac{3x}{6x}=\dfrac{7x-8}{6x}.\]

Steg 3 - Forenkle 3) med potensregler

\[(2a)^3=8a^3\]

Dermed får vi

\[\dfrac{a^4\cdot 2b^2}{(2a)^3}=\dfrac{2a^4b^2}{8a^3}=\dfrac{ab^2}{4}.\]

Steg 4 - Forenkle 4) med logaritmeregler

Vi bruker \(\lg u-\lg v=\lg\left(\dfrac{u}{v}\right)\).

\[\lg(a^2b)-\lg\left(\dfrac{1}{ab}\right)=\lg\left(\dfrac{a^2b}{1/(ab)}\right)=\lg(a^3b^2).\]

Dette kan også skrives som

\[3\lg a+2\lg b\]

når \(a>0\) og \(b>0\).

Tolkning

Uttrykkene er skrevet uten unødvendige parenteser, med én brøk i 2), lavest mulig potenser i 3) og samlet logaritme i 4).

Vanlig feil: I 1) er det lett å glemme minustegnet foran \((2a+1)\), slik at både \(2a\) og \(1\) skal trekkes fra.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Utvid(5a^2+(a-2)(a+2)-(2a+1))
\(6a^2-2a-5\)
2
Forenkle(2(x-2)/(3x)+1/2)
\(\dfrac{7x-8}{6x}\)

💻 Python

from sympy import symbols, expand, simplify
x, a, b = symbols('x a b')
print(expand(5*a**2 + (a-2)*(a+2) - (2*a+1)))
print(simplify(2*(x-2)/(3*x) + 1/2))
print(simplify(a**4*2*b**2/(2*a)**3))
Fasit: 1) \(6a^2-2a-5\), 2) \(\dfrac{7x-8}{6x}\), 3) \(\dfrac{ab^2}{4}\), 4) \(\lg(a^3b^2)=3\lg a+2\lg b\).
Del 1 · Oppgave 1bLikninger

Oppgave 1b

Oppgave:

Løs likningene:

1) \(\dfrac{x}{4}-\dfrac{1}{6}=\dfrac{x}{6}-\left(\dfrac{x}{2}-1\right)\)

2) \(2x^2-2(x+2)=20\)

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne de \(x\)-verdiene som gjør hver likning sann.

Steg 1 - Rydd opp i høyresiden i 1)

\[\dfrac{x}{6}-\left(\dfrac{x}{2}-1\right)=\dfrac{x}{6}-\dfrac{x}{2}+1=-\dfrac{x}{3}+1.\]

Steg 2 - Samle \(x\)-ledd og tall

\[\dfrac{x}{4}-\dfrac{1}{6}=-\dfrac{x}{3}+1\]

\[\dfrac{x}{4}+\dfrac{x}{3}=1+\dfrac{1}{6}=\dfrac{7}{6}.\]

Steg 3 - Løs den lineære likningen

\[\dfrac{7x}{12}=\dfrac{7}{6}\]

\[x=2.\]

Steg 4 - Rydd opp i 2)

\[2x^2-2(x+2)=20\]

\[2x^2-2x-4=20\]

\[2x^2-2x-24=0.\]

Steg 5 - Del på 2 og faktoriser

\[x^2-x-12=0\]

\[(x-4)(x+3)=0.\]

Steg 6 - Bruk nullproduktregelen

\[x=4 \quad \text{eller} \quad x=-3.\]

Tolkning

Første likning har én løsning. Andre likning er en andregradslikning og har to løsninger.

Vanlig feil: I 1) blir fortegnet foran parentesen ofte behandlet feil. Hele parentesen skal trekkes fra.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(x/4-1/6=x/6-(x/2-1),x)
\(x=2\)
2
Løs(2x^2-2(x+2)=20,x)
\(x=-3 \lor x=4\)

💻 Python

from sympy import symbols, Eq, solve
x = symbols('x')
print(solve(Eq(x/4 - 1/6, x/6 - (x/2 - 1)), x))
print(solve(Eq(2*x**2 - 2*(x + 2), 20), x))
Fasit: 1) \(x=2\). 2) \(x=-3\) eller \(x=4\).
Del 1 · Oppgave 1cLikningssett

Oppgave 1c

Oppgave:

Tre skruer og to muttere veier 57 gram. Én skrue og tre muttere veier 33 gram. Hvor mye veier én skrue og én mutter?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne samlet vekt av én skrue og én mutter ved å sette opp et likningssett.

Steg 1 - Definer ukjente

La \(s\) være vekten av én skrue og \(m\) vekten av én mutter, målt i gram.

Steg 2 - Oversett teksten til likninger

\[3s+2m=57\]

\[s+3m=33\]

Steg 3 - Eliminer én ukjent

Multipliser den andre likningen med 3:

\[3s+9m=99\]

Trekk den første likningen fra denne:

\[7m=42.\]

Steg 4 - Finn vekten av én mutter

\[m=6.\]

Steg 5 - Finn vekten av én skrue

Sett \(m=6\) inn i \(s+3m=33\):

\[s+18=33\]

\[s=15.\]

Steg 6 - Svar på det oppgaven spør om

\[s+m=15+6=21.\]

Tolkning

Én skrue og én mutter veier til sammen 21 gram.

Vanlig feil: Oppgaven spør ikke etter vekten av hver del hver for seg, men etter summen av én skrue og én mutter.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs({3s+2m=57,s+3m=33},{s,m})
\(s=15,\ m=6\)

💻 Python

from sympy import symbols, Eq, solve
s, m = symbols('s m')
print(solve([Eq(3*s + 2*m, 57), Eq(s + 3*m, 33)], [s, m]))
Fasit: Én skrue og én mutter veier \(21\) gram.
Del 1 · Oppgave 1dUlikhet

Oppgave 1d

Oppgave:

Løs ulikheten \(x^2-2x\le 3\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne alle \(x\)-verdier som gjør andregradsuttrykket mindre enn eller lik 3.

Steg 1 - Flytt alt til én side

\[x^2-2x\le 3\]

\[x^2-2x-3\le 0.\]

Steg 2 - Faktoriser

\[x^2-2x-3=(x-3)(x+1).\]

Steg 3 - Finn nullpunktene

\[(x-3)(x+1)=0\]

\[x=3 \quad \text{eller} \quad x=-1.\]

Steg 4 - Lag fortegnsdrøfting

Fordi koeffisienten foran \(x^2\) er positiv, vender parabelen oppover. Uttrykket er derfor negativt eller null mellom nullpunktene.

\[(x-3)(x+1)\le 0 \quad \text{for} \quad -1\le x\le 3.\]

Steg 5 - Ta med endepunktene

Siden ulikhetstegnet er \(\le\), skal nullpunktene være med i løsningen.

Tolkning

Alle tall fra og med \(-1\) til og med \(3\) oppfyller ulikheten.

Vanlig feil: Å svare \(x\le -1\) eller \(x\ge 3\). Det ville vært riktig for \((x-3)(x+1)\ge 0\), ikke for \(\le 0\).

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(x^2-2x<=3,x)
\(-1\le x\le 3\)

💻 Python

from sympy import symbols, solve_univariate_inequality
x = symbols('x')
print(solve_univariate_inequality(x**2 - 2*x <= 3, x))
Fasit: \(x\in[-1,3]\).
Del 1 · Oppgave 2aFunksjonsverdier

Oppgave 2a

Oppgave:

Gitt funksjonen \(f(x)=x^3-3x^2+2\).

Skriv av og fyll ut tabellen nedenfor.

\(x\)\(-1\)\(0\)\(1\)\(2\)\(3\)
\(f(x)\)
Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal regne ut funksjonsverdiene for de fem gitte \(x\)-verdiene.

Steg 1 - Sett inn \(x=-1\)

\[f(-1)=(-1)^3-3(-1)^2+2=-1-3+2=-2.\]

Steg 2 - Sett inn \(x=0\)

\[f(0)=0^3-3\cdot 0^2+2=2.\]

Steg 3 - Sett inn \(x=1\)

\[f(1)=1^3-3\cdot1^2+2=0.\]

Steg 4 - Sett inn \(x=2\)

\[f(2)=2^3-3\cdot2^2+2=8-12+2=-2.\]

Steg 5 - Sett inn \(x=3\)

\[f(3)=3^3-3\cdot3^2+2=27-27+2=2.\]

Tolkning

Tabellen gir punkter som kan brukes når grafen skal tegnes.

\(x\)\(-1\)\(0\)\(1\)\(2\)\(3\)
\(f(x)\)\(-2\)\(2\)\(0\)\(-2\)\(2\)
Vanlig feil: Ved \(x=-1\) er \((-1)^2=1\), ikke \(-1\).

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
f(x):=x^3-3x^2+2
\(f(x)=x^3-3x^2+2\)
2
{f(-1),f(0),f(1),f(2),f(3)}
\(\{-2,2,0,-2,2\}\)

💻 Python

def f(x):
    return x**3 - 3*x**2 + 2
print([f(t) for t in [-1, 0, 1, 2, 3]])
Fasit: \(f(-1)=-2\), \(f(0)=2\), \(f(1)=0\), \(f(2)=-2\), \(f(3)=2\).
Del 1 · Oppgave 2bDerivasjon og drøfting

Oppgave 2b

Oppgave:

Finn \(f'(x)\). Tegn fortegnskjema til \(f'(x)\). Bruk dette til å finne eventuelle topp- og bunnpunkter på grafen til \(f\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal derivere funksjonen, undersøke fortegnet til den deriverte og bruke det til å finne ekstremalpunkter.

Steg 1 - Deriver ledd for ledd

\[f(x)=x^3-3x^2+2\]

\[f'(x)=3x^2-6x.\]

Steg 2 - Faktoriser den deriverte

\[f'(x)=3x(x-2).\]

Steg 3 - Finn kritiske punkt

\[3x(x-2)=0\]

\[x=0 \quad \text{eller} \quad x=2.\]

Steg 4 - Fortegnsdrøft \(f'(x)\)

For \(x<0\) er både \(x\) og \(x-2\) negative, derfor er \(f'(x)>0\). For \(02\) er begge positive, derfor er \(f'(x)>0\).

\[\begin{array}{c|ccccc}x&(-\infty,0)&0&(0,2)&2&(2,\infty)\\ \hline f'(x)&+&0&-&0&+\end{array}\]

Steg 5 - Klassifiser punktene

Ved \(x=0\) går \(f'(x)\) fra positiv til negativ. Det gir toppunkt.

Ved \(x=2\) går \(f'(x)\) fra negativ til positiv. Det gir bunnpunkt.

Steg 6 - Finn \(y\)-verdiene

\[f(0)=2\]

\[f(2)=-2.\]

Tolkning

Grafen stiger fram til \(x=0\), synker fra \(x=0\) til \(x=2\), og stiger etter \(x=2\).

Vanlig feil: Nullpunktene til \(f'(x)\) er ikke automatisk topp- eller bunnpunkter. Fortegnet må skifte riktig vei.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Derivert(x^3-3x^2+2)
\(3x^2-6x\)
2
Ekstremalpunkt(x^3-3x^2+2)
\((0,2),(2,-2)\)

💻 Python

from sympy import symbols, diff, solve
x = symbols('x')
f = x**3 - 3*x**2 + 2
fp = diff(f, x)
print(fp)
print(solve(fp, x))
print([(t, f.subs(x, t)) for t in solve(fp, x)])
Fasit: \(f'(x)=3x^2-6x\). Toppunkt \((0,2)\). Bunnpunkt \((2,-2)\).
Del 1 · Oppgave 2cGraf

Oppgave 2c

Oppgave:

Tegn grafen til \(f\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tegne grafen til \(f(x)=x^3-3x^2+2\) ved å bruke tabellen og drøftingen.

Steg 1 - Bruk punktene fra tabellen

Vi har punktene \((-1,-2)\), \((0,2)\), \((1,0)\), \((2,-2)\) og \((3,2)\).

Steg 2 - Marker ekstremalpunktene

Toppunktet er \((0,2)\), og bunnpunktet er \((2,-2)\).

Steg 3 - Bruk monotoniegenskapene

Grafen skal stige før \(x=0\), synke mellom \(x=0\) og \(x=2\), og stige etter \(x=2\).

Steg 4 - Tegn en jevn tredjegradskurve

Siden \(f\) er et polynom, skal grafen være glatt og uten brudd.

(0,2)(2,-2)

Tolkning

Skissen stemmer med både funksjonsverdiene og fortegnet til den deriverte.

Vanlig feil: Å tegne rette linjestykker mellom punktene. En polynomgraf skal tegnes som en jevn kurve.

Kontroll (GeoGebra CAS)

GeoGebra · CAS
1
f(x):=x^3-3x^2+2
grafen til \(f\)
2
Ekstremalpunkt(f)
\((0,2),(2,-2)\)
Fasit: Grafen er en tredjegradskurve gjennom tabellpunktene, med toppunkt \((0,2)\) og bunnpunkt \((2,-2)\).
Del 1 · Oppgave 2dGjennomsnittlig veksthastighet

Oppgave 2d

Oppgave:

Finn gjennomsnittlig veksthastighet fra \(x=2\) til \(x=3\) både grafisk og ved regning.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne stigningstallet til sekanten mellom punktene på grafen der \(x=2\) og \(x=3\).

Steg 1 - Finn funksjonsverdiene

\[f(2)=-2\]

\[f(3)=2.\]

Steg 2 - Bruk formelen for gjennomsnittlig veksthastighet

\[\dfrac{f(3)-f(2)}{3-2}\]

Steg 3 - Sett inn verdiene

\[\dfrac{2-(-2)}{3-2}=\dfrac{4}{1}=4.\]

Steg 4 - Grafisk tolkning

Grafisk er dette stigningstallet til linjen gjennom punktene \((2,-2)\) og \((3,2)\).

Steg 5 - Sammenlign grafisk og algebraisk svar

Når \(x\) øker fra 2 til 3, øker \(y\) fra \(-2\) til \(2\). Økningen i \(y\) er 4 på én \(x\)-enhet.

Tolkning

I intervallet \([2,3]\) øker funksjonen i gjennomsnitt med 4 per \(x\)-enhet.

Vanlig feil: Å bruke \(f'(2)\) eller \(f'(3)\). Oppgaven spør om gjennomsnittlig veksthastighet i et intervall, ikke momentan veksthastighet.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
(f(3)-f(2))/(3-2)
\(4\)

💻 Python

def f(x):
    return x**3 - 3*x**2 + 2
print((f(3) - f(2))/(3 - 2))
Fasit: Gjennomsnittlig veksthastighet er \(4\).

Del 2 - med hjelpemidler

Del 2 kan løses med CAS, graftegner, regneark eller Python. Her vises både regning, kommandoer og tolkning av digitale resultater.

Del 2 · Oppgave 3aEksponentiallikning

Oppgave 3a

Oppgave:

Løs likningen ved regning \(10^{2x}-10^x-6=0\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal løse en eksponentiallikning ved å gjøre den om til en andregradslikning.

Steg 1 - Innfør en ny variabel

Sett \(u=10^x\). Da er \(10^{2x}=(10^x)^2=u^2\).

Steg 2 - Skriv likningen med \(u\)

\[u^2-u-6=0.\]

Steg 3 - Faktoriser andregradslikningen

\[u^2-u-6=(u-3)(u+2).\]

Steg 4 - Finn mulige \(u\)-verdier

\[(u-3)(u+2)=0\]

\[u=3 \quad \text{eller} \quad u=-2.\]

Steg 5 - Forkast umulig løsning

Siden \(u=10^x\), må \(u>0\). Derfor forkastes \(u=-2\).

Steg 6 - Gå tilbake til \(x\)

\[10^x=3\]

\[x=\lg 3\approx 0{,}477.\]

Tolkning

Likningen har én reell løsning fordi bare den positive \(u\)-verdien kan komme fra \(10^x\).

Vanlig feil: Å ta med \(10^x=-2\). En positiv eksponentialfunksjon kan aldri gi negativ verdi.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(10^(2x)-10^x-6=0,x)
\(x=\lg(3)\)
2
N(lg(3))
\(0{,}4771\)

💻 Python

from sympy import symbols, solve, log, N
x = symbols('x')
sol = solve(10**(2*x) - 10**x - 6, x)
print(sol)
print([N(s) for s in sol])
Fasit: \(x=\lg 3\approx 0{,}477\).
Del 2 · Oppgave 3bLogaritmelikning

Oppgave 3b

Oppgave:

Løs likningen ved regning \(\lg(2x-2)-\lg(x+5)=0\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal løse en logaritmelikning og samtidig passe på definisjonsmengden.

Steg 1 - Finn definisjonskravet

Logaritmene krever

\[2x-2>0 \quad \text{og} \quad x+5>0.\]

Dermed må \(x>1\).

Steg 2 - Bruk logaritmeregelen for differanse

\[\lg(2x-2)-\lg(x+5)=\lg\left(\dfrac{2x-2}{x+5}\right).\]

Steg 3 - Bruk at \(\lg(1)=0\)

Når logaritmen er lik 0, må argumentet være 1:

\[\dfrac{2x-2}{x+5}=1.\]

Steg 4 - Løs likningen

\[2x-2=x+5\]

\[x=7.\]

Steg 5 - Kontroller definisjonsmengden

\[7>1\]

Derfor er løsningen gyldig.

Tolkning

Ved \(x=7\) er de to logaritmeuttrykkene like, slik at differansen blir 0.

Vanlig feil: Å løse algebraisk uten å sjekke at logaritmeargumentene er positive.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(lg(2x-2)-lg(x+5)=0,x)
\(x=7\)

💻 Python

from sympy import symbols, solve, log, Eq
x = symbols('x')
print(solve(Eq(log(2*x - 2, 10) - log(x + 5, 10), 0), x))
Fasit: \(x=7\).
Del 2 · Oppgave 4aKombinatorisk sannsynlighet

Oppgave 4a

Oppgave:

I en bedrift er det ansatt 2 menn og 18 kvinner. Bedriften vil sende 5 av de ansatte på et kurs. Kursdeltakerne velges ut tilfeldig.

Hva er sannsynligheten for at begge mennene får delta på kurset?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne sannsynligheten for at begge de to mennene er blant de 5 utvalgte.

Steg 1 - Velg modell

Utvalget skjer uten tilbakelegging, så vi bruker kombinatorikk/hypergeometrisk modell.

Steg 2 - Finn antall mulige utvalg

Totalt kan vi velge 5 av 20 ansatte på

\[\binom{20}{5}\]

måter.

Steg 3 - Finn gunstige utvalg

Begge mennene må velges, og de tre siste plassene må fylles av kvinner:

\[\binom{2}{2}\binom{18}{3}.\]

Steg 4 - Sett opp sannsynligheten

\[P=\dfrac{\binom{2}{2}\binom{18}{3}}{\binom{20}{5}}.\]

Steg 5 - Regn ut

\[P=\dfrac{1}{19}\approx 0{,}0526.\]

Tolkning

Sannsynligheten er omtrent \(5{,}3\ \%\).

Vanlig feil: Å bruke binomisk modell. Her velges personer uten tilbakelegging fra en liten gruppe.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
nCr(2,2)*nCr(18,3)/nCr(20,5)
\(\dfrac{1}{19}\)

💻 Python

from math import comb
from fractions import Fraction
P = Fraction(comb(2,2)*comb(18,3), comb(20,5))
print(P, float(P))
Fasit: \(\dfrac{1}{19}\approx 5{,}3\ \%\).
Del 2 · Oppgave 4bKombinatorisk sannsynlighet

Oppgave 4b

Oppgave:

Hva er sannsynligheten for at akkurat én av mennene får delta?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne sannsynligheten for at utvalget inneholder nøyaktig én mann og fire kvinner.

Steg 1 - Totalt antall utvalg

Som før er totalt antall mulige utvalg

\[\binom{20}{5}.\]

Steg 2 - Velg én av mennene

Det kan gjøres på

\[\binom{2}{1}\]

måter.

Steg 3 - Velg fire kvinner

Det kan gjøres på

\[\binom{18}{4}\]

måter.

Steg 4 - Sett opp sannsynligheten

\[P=\dfrac{\binom{2}{1}\binom{18}{4}}{\binom{20}{5}}.\]

Steg 5 - Regn ut

\[P=\dfrac{15}{38}\approx 0{,}3947.\]

Tolkning

Sannsynligheten er omtrent \(39{,}5\ \%\).

Vanlig feil: Å telle bare én bestemt mann. Oppgaven sier akkurat én av mennene, så begge mennene kan være den ene som blir valgt.

Kontroll

GeoGebra · CAS
1
nCr(2,1)*nCr(18,4)/nCr(20,5)
\(\dfrac{15}{38}\)

💻 Python

from math import comb
from fractions import Fraction
P = Fraction(comb(2,1)*comb(18,4), comb(20,5))
print(P, float(P))
Fasit: \(\dfrac{15}{38}\approx 39{,}5\ \%\).
Del 2 · Oppgave 4cBinomisk sannsynlighet

Oppgave 4c

Oppgave:

Av erfaring regner man med at bare 25 % av alle de som begynner på kurset, består kurset.

Hva er sannsynligheten for at akkurat 1 av de 5 påmeldte består kurset?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne sannsynligheten for nøyaktig én bestått blant fem personer når hver person har sannsynlighet \(0{,}25\) for å bestå.

Steg 1 - Velg modell

Vi bruker binomisk modell med \(n=5\) og \(p=0{,}25\).

Steg 2 - Definer variabelen

La \(X\) være antall personer som består. Da er

\[X\sim \operatorname{Bin}(5,0{,}25).\]

Steg 3 - Bruk binomisk formel

\[P(X=1)=\binom{5}{1}(0{,}25)^1(0{,}75)^4.\]

Steg 4 - Regn ut

\[P(X=1)=\dfrac{405}{1024}\approx 0{,}3955.\]

Tolkning

Det er omtrent \(39{,}6\ \%\) sannsynlighet for at akkurat én av de fem består.

Vanlig feil: Å glemme faktoren \(\binom{5}{1}\). Den teller hvilken av de fem som består.

Kontroll

GeoGebra · CAS
1
nCr(5,1)*0.25^1*0.75^4
\(0{,}3955078125\)

💻 Python

from math import comb
P = comb(5,1)*(0.25)**1*(0.75)**4
print(P)
Fasit: \(\dfrac{405}{1024}\approx 39{,}6\ \%\).
Del 2 · Oppgave 4dBinomisk sannsynlighet

Oppgave 4d

Oppgave:

Finn sannsynligheten for at 2 eller flere av de 5 påmeldte består kurset.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne \(P(X\ge 2)\) når \(X\sim \operatorname{Bin}(5,0{,}25)\).

Steg 1 - Bruk komplement

Det er enklere å regne

\[P(X\ge 2)=1-P(X=0)-P(X=1).\]

Steg 2 - Finn \(P(X=0)\)

\[P(X=0)=\binom{5}{0}(0{,}25)^0(0{,}75)^5=0{,}75^5.\]

Steg 3 - Bruk verdien for \(P(X=1)\)

Fra forrige deloppgave:

\[P(X=1)=\binom{5}{1}(0{,}25)(0{,}75)^4.\]

Steg 4 - Regn ut komplementet

\[P(X\ge 2)=1-0{,}75^5-5\cdot0{,}25\cdot0{,}75^4.\]

Steg 5 - Forenkle

\[P(X\ge 2)=\dfrac{47}{128}\approx 0{,}3672.\]

Tolkning

Sannsynligheten for at minst to består er omtrent \(36{,}7\ \%\).

Vanlig feil: Å tolke «2 eller flere» som bare \(X=2\). Her må \(X=2,3,4,5\) med.

Kontroll

GeoGebra · CAS
1
1-BinomialDist(5,0.25,1,true)
\(0{,}3671875\)

💻 Python

from math import comb
P = sum(comb(5,k)*(0.25)**k*(0.75)**(5-k) for k in range(2,6))
print(P)
Fasit: \(\dfrac{47}{128}\approx 36{,}7\ \%\).
Del 2 · Oppgave 4eBinomisk modell og ulikhet

Oppgave 4e

Oppgave:

Det er viktig for bedriften at minst 1 av de ansatte består kurset. For å oppnå dette vil de om nødvendig øke antall deltakere.

Hva er det minste antallet deltakere bedriften må melde på dersom det skal være en sannsynlighet på 95 % eller mer for at minst 1 av de ansatte skal bestå kurset?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne minste \(n\) slik at sannsynligheten for minst én bestått er minst \(0{,}95\).

Steg 1 - Definer modellen

For \(n\) deltakere er sannsynligheten for at ingen består

\[(0{,}75)^n.\]

Steg 2 - Bruk komplementet

Sannsynligheten for minst én bestått er

\[1-(0{,}75)^n.\]

Steg 3 - Sett opp kravet

\[1-(0{,}75)^n\ge 0{,}95.\]

Steg 4 - Løs ulikheten

\[(0{,}75)^n\le 0{,}05.\]

Ved logaritmer:

\[n\ge \dfrac{\ln(0{,}05)}{\ln(0{,}75)}\approx 10{,}41.\]

Steg 5 - Rund riktig vei

Antall deltakere må være et helt tall, og kravet skal være minst 95 %. Derfor må vi runde opp:

\[n=11.\]

Steg 6 - Kontroller kravet

\[1-0{,}75^{11}\approx 0{,}958.\]

For \(n=10\) får vi omtrent \(0{,}944\), som er for lavt.

Tolkning

Bedriften må melde på minst 11 deltakere.

Vanlig feil: Å runde \(10{,}41\) ned til 10. Da blir sannsynligheten lavere enn 95 %.

Kontroll

GeoGebra · CAS
1
Løs(1-0.75^n>=0.95,n)
\(n\ge 10{,}413\)
2
1-0.75^11
\(0{,}957764\)

💻 Python

import math
n_min = math.log(0.05)/math.log(0.75)
print(n_min)
print(1 - 0.75**10, 1 - 0.75**11)
Fasit: Minste antall deltakere er \(11\).
Del 2 · Oppgave 5 · Alternativ IEksponentialregresjon

Oppgave 5 - Alternativ I

Oppgave:

Tabellen viser folketallet på jorda i tre utvalgte år.

År195019802003
Milliarder mennesker2,54,46,3

a) Merk av opplysningene i et koordinatsystem. La \(x\) være antall år etter 1950, og la \(y\) være folketallet i milliarder.

b) Bruk regresjon til å finne en eksponentialfunksjon som passer med tallene i tabellen ovenfor. Tegn grafen til funksjonen i samme koordinatsystem som du brukte i a).

c) Bruk grafen og finn en tilnærmet verdi for den momentane veksthastigheten i 1980.

d) Vi antar at eksponentialfunksjonen i b) gjelder. Hvor mange mennesker vil det være på jorda i 2020? Finn ved regning når folketallet passerer 8,0 milliarder.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal lage et koordinatsystem, finne en eksponentiell modell, tolke momentan vekst og bruke modellen til framskriving.

Steg 1 - Gjør om årstall til \(x\)-verdier

Siden \(x\) er antall år etter 1950, får vi punktene

\[(0,2{,}5),\quad (30,4{,}4),\quad (53,6{,}3).\]

Steg 2 - Marker punktene

Punktene plasseres i et koordinatsystem med \(x\)-akse som år etter 1950 og \(y\)-akse som milliarder mennesker.

Steg 3 - Velg modelltype

En eksponentialfunksjon kan skrives som

\[y=A\cdot b^x.\]

Regresjon på de tre punktene gir omtrent

\[y=2{,}5305\cdot 1{,}01766^x.\]

Steg 4 - Finn momentan veksthastighet i 1980

Året 1980 tilsvarer \(x=30\). For modellen \(y=A\cdot b^x\) er den deriverte

\[y'=A\cdot b^x\cdot \ln b.\]

Dermed blir

\[y'(30)\approx 0{,}0749.\]

Steg 5 - Tolk veksthastigheten

Dette betyr omtrent \(0{,}075\) milliarder mennesker per år, altså omtrent 75 millioner mennesker per år.

Steg 6 - Finn folketallet i 2020

Året 2020 tilsvarer \(x=70\).

\[y(70)=2{,}5305\cdot 1{,}01766^{70}\approx 8{,}62.\]

Modellen gir omtrent \(8{,}6\) milliarder mennesker.

Steg 7 - Finn når folketallet passerer 8,0 milliarder

Vi løser

\[2{,}5305\cdot 1{,}01766^x=8{,}0.\]

\[x=\dfrac{\ln(8{,}0/2{,}5305)}{\ln(1{,}01766)}\approx 65{,}74.\]

Årstallet blir

\[1950+65{,}74\approx 2015{,}74.\]

Tolkning

Etter modellen passerer folketallet 8 milliarder omtrent i 2016. Dette er en modellberegning, ikke en sikker prognose.

Vanlig feil: Å bruke årstallene \(1950,1980,2003\) direkte som \(x\)-verdier selv om oppgaven definerer \(x\) som antall år etter 1950.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
RegEksp({(0,2.5),(30,4.4),(53,6.3)})
\(2{,}5305\cdot1{,}01766^x\)
2
2.5305*1.01766^70
\(8{,}62\)

💻 Python

import numpy as np, math
x = np.array([0, 30, 53], dtype=float)
y = np.array([2.5, 4.4, 6.3], dtype=float)
B, lnA = np.polyfit(x, np.log(y), 1)
A, b = math.exp(lnA), math.exp(B)
print(A, b)
print(A*b**70)
print(math.log(8/A)/math.log(b) + 1950)
print(A*b**30*math.log(b))
Fasit: Punkter: \((0,2{,}5)\), \((30,4{,}4)\), \((53,6{,}3)\). Modell: \(y\approx2{,}5305\cdot1{,}01766^x\). Momentan vekst i 1980: ca. \(0{,}075\) mrd./år. I 2020: ca. \(8{,}6\) mrd. Passerer 8,0 mrd. ca. i 2016.
Del 2 · Oppgave 5 · Alternativ IIRasjonale funksjoner

Oppgave 5 - Alternativ II

Oppgave:

I deler av denne oppgaven er det en fordel å bruke digitalt verktøy.

Vi har gitt funksjonen

\[f(x)=\dfrac{2x-3}{2x+6}\]

a) Hvilken \(x\)-verdi kan vi ikke bruke i uttrykket \(f(x)\)? Forklar hvorfor likningen \(f(x)=1\) ikke har noen løsning.

b) Tegn grafen til \(f\). Velg \(x\)-verdier i intervallet \([-6,6]\).

En funksjon \(g\) er gitt ved \(g(x)=2x+1\).

c) Tegn grafen til \(g\) i samme koordinatsystem som grafen til \(f\). Løs likningen \(f(x)=g(x)\).

En funksjon \(h\) er gitt ved \(h(x)=ax+1\), der \(a\) er en konstant. Antall løsninger til likningen \(f(x)=h(x)\) avhenger av verdien til \(a\).

d) Hvilke verdier må \(a\) ha for at likningen skal få to løsninger?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal analysere en rasjonal funksjon, tegne grafer og undersøke antall skjæringspunkter med linjer.

Steg 1 - Finn ulovlig \(x\)-verdi

Nevneren kan ikke være 0:

\[2x+6\neq 0\]

\[x\neq -3.\]

Verdien \(x=-3\) kan ikke brukes.

Steg 2 - Forklar hvorfor \(f(x)=1\) ikke har løsning

\[\dfrac{2x-3}{2x+6}=1\]

\[2x-3=2x+6\]

\[-3=6.\]

Dette er umulig, derfor har likningen ingen løsning.

Steg 3 - Tegn grafen til \(f\)

Grafen har vertikal asymptote \(x=-3\). For store positive og negative \(x\)-verdier nærmer grafen seg \(y=1\).

Steg 4 - Løs \(f(x)=g(x)\)

\[\dfrac{2x-3}{2x+6}=2x+1.\]

Multipliser med \(2x+6\), der \(x\neq -3\):

\[2x-3=(2x+1)(2x+6).\]

\[2x-3=4x^2+14x+6.\]

\[4x^2+12x+9=0.\]

Steg 5 - Faktoriser

\[4x^2+12x+9=(2x+3)^2.\]

Dermed er

\[x=-\dfrac{3}{2}.\]

Steg 6 - Undersøk \(h(x)=ax+1\)

Likningen \(f(x)=h(x)\) gir

\[\dfrac{2x-3}{2x+6}=ax+1.\]

Multipliser med \(2x+6\):

\[2x-3=(ax+1)(2x+6).\]

Etter rydding får vi

\[2ax^2+6ax+9=0.\]

Steg 7 - Bruk diskriminanten

For to løsninger må andregradslikningen ha \(D>0\):

\[D=(6a)^2-4\cdot 2a\cdot 9=36a^2-72a=36a(a-2).\]

\[36a(a-2)>0.\]

Dette gir

\[a<0 \quad \text{eller} \quad a>2.\]

Tolkning

Linjen \(h(x)=ax+1\) skjærer grafen til \(f\) i to punkter når stigningstallet er negativt eller større enn 2.

Vanlig feil: Å glemme at \(x=-3\) er ulovlig når man multipliserer med nevneren. Her blir \(x=-3\) uansett ikke en rot i sluttlikningen, men kontrollen skal nevnes.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs((2x-3)/(2x+6)=2x+1,x)
\(x=-\dfrac{3}{2}\)
2
Diskriminant(2a*x^2+6a*x+9,x)
\(36a(a-2)\)

💻 Python

from sympy import symbols, solve, discriminant, factor
x, a = symbols('x a')
print(solve((2*x-3)/(2*x+6) - (2*x+1), x))
poly = 2*a*x**2 + 6*a*x + 9
print(factor(discriminant(poly, x)))
Fasit: a) \(x=-3\) kan ikke brukes, og \(f(x)=1\) gir motsigelsen \(-3=6\). c) \(f(x)=g(x)\) har løsningen \(x=-\dfrac{3}{2}\). d) To løsninger når \(a<0\) eller \(a>2\).
Del 2 · Oppgave 6Lineær optimering

Oppgave 6

Oppgave:

Denne oppgaven teller som fire delspørsmål.

To elever har startet en elevbedrift. De vil lage og selge poser med to forskjellige blandinger av nøtter, rosiner og sjokolade.

De har kjøpt inn følgende råvarer:

5,50 kg kasjunøtter
9,00 kg peanøtter
6,75 kg rosiner
4,50 kg sjokoladekuler

En pose med blanding A inneholder:

100 g kasjunøtter, 75 g peanøtter, 50 g rosiner, 75 g sjokoladekuler

En pose med blanding B inneholder:

50 g kasjunøtter, 125 g peanøtter, 75 g rosiner, 50 g sjokoladekuler

Utsalgsprisen for blanding A er 30 kroner per pose. Utsalgsprisen for blanding B er 25 kroner per pose.

La \(x\) være antall poser som selges av blanding A, og \(y\) antall poser som selges av blanding B.

Bestem \(x\) og \(y\) slik at inntekten blir størst mulig. Hvor mye har de til overs av de innkjøpte råvarene i dette tilfellet?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal formulere et lineært optimeringsproblem, finne hjørnepunktene i det mulige området og velge den produksjonen som gir størst inntekt.

Steg 1 - Gjør kg om til gram

Tilgjengelige råvarer er

\[5500\text{ g},\quad 9000\text{ g},\quad 6750\text{ g},\quad 4500\text{ g}.\]

Steg 2 - Sett opp begrensningene

Kasjunøtter:

\[100x+50y\le 5500 \quad \Rightarrow \quad 2x+y\le 110.\]

Peanøtter:

\[75x+125y\le 9000 \quad \Rightarrow \quad 3x+5y\le 360.\]

Rosiner:

\[50x+75y\le 6750 \quad \Rightarrow \quad 2x+3y\le 270.\]

Sjokoladekuler:

\[75x+50y\le 4500 \quad \Rightarrow \quad 3x+2y\le 180.\]

I tillegg må \(x\ge 0\) og \(y\ge 0\).

Steg 3 - Sett opp inntektsfunksjonen

Inntekten er

\[I=30x+25y.\]

Steg 4 - Finn aktuelle hjørnepunkter

Ved å løse skjæringer mellom grenselinjene og aksene får vi blant annet hjørnepunktene

\[(0,0),\quad (55,0),\quad (40,30),\quad (20,60),\quad (0,72).\]

Steg 5 - Regn inntekt i hjørnepunktene

PunktInntekt \(I=30x+25y\)
\((0,0)\)\(0\)
\((55,0)\)\(1650\)
\((40,30)\)\(1950\)
\((20,60)\)\(2100\)
\((0,72)\)\(1800\)

Størst inntekt er \(2100\) kroner ved \((x,y)=(20,60)\).

Steg 6 - Kontroller råvarebruken ved \(x=20\), \(y=60\)

Kasjunøtter:

\[100\cdot20+50\cdot60=5000\text{ g}.\]

Peanøtter:

\[75\cdot20+125\cdot60=9000\text{ g}.\]

Rosiner:

\[50\cdot20+75\cdot60=5500\text{ g}.\]

Sjokoladekuler:

\[75\cdot20+50\cdot60=4500\text{ g}.\]

Steg 7 - Finn det som er til overs

Kasjunøtter:

\[5500-5000=500\text{ g}.\]

Peanøtter:

\[9000-9000=0\text{ g}.\]

Rosiner:

\[6750-5500=1250\text{ g}.\]

Sjokoladekuler:

\[4500-4500=0\text{ g}.\]

Tolkning

Elevbedriften bør lage 20 poser av blanding A og 60 poser av blanding B. Da brukes alle peanøttene og sjokoladekulene, mens noe kasjunøtter og rosiner blir igjen.

Vanlig feil: Å blande kg og gram i samme ulikhet. Alle råvarene må måles i samme enhet før ulikhetene settes opp.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Maksimer(30x+25y,{2x+y≤110,3x+5y≤360,2x+3y≤270,3x+2y≤180,x≥0,y≥0})
\((20,60),\ I=2100\)

💻 Python

best = None
for x in range(200):
    for y in range(200):
        ok = (2*x + y <= 110 and 3*x + 5*y <= 360 and
              2*x + 3*y <= 270 and 3*x + 2*y <= 180)
        if ok:
            income = 30*x + 25*y
            if best is None or income > best[0]:
                best = (income, x, y)
print(best)
# leftovers in grams
x, y = 20, 60
print(5500 - (100*x + 50*y))
print(9000 - (75*x + 125*y))
print(6750 - (50*x + 75*y))
print(4500 - (75*x + 50*y))
Fasit: Størst inntekt fås ved \(x=20\) og \(y=60\). Inntekten blir \(2100\) kroner. Til overs: \(500\) g kasjunøtter, \(0\) g peanøtter, \(1250\) g rosiner og \(0\) g sjokoladekuler.