S1 eksamenHøst 2010

Matematikk S1 eksamen – høst 2010

ifingo
Norsk (Bokmål)

Matematikk S1 eksamen Høst 2010 - løsningsforslag

Komplett originalt løsningsforslag på bokmål for Udir-settet REA3026 Matematikk S1 Høst 2010. Del 1 og Del 2 er skilt, alle deloppgaver er transkribert og løst trinnvis med kontroll der det passer.

Fag: Matematikk S1Termin: Høst 2010Kilde: opplastet Udir-PDFFormat: ifingo HTML + MathJax
Merk: Oppgave 6 har to alternativer. For kompletthet er både alternativ I og alternativ II løst.

Del 1 - uten hjelpemidler

Del 1 · Oppgave 1a-1Likning med brøker

Oppgave 1a-1

Oppgave:

Løs likningen \(\dfrac{1}{6}+\dfrac{x-1}{3}=\dfrac{7}{6}-\dfrac{x+1}{2}\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne verdien av \(x\) som gjør brøklikningen sann. Fellesnevneren er \(6\), så vi fjerner brøkene først.

Steg 1 - Multipliser med fellesnevner

\[6\left(\dfrac{1}{6}+\dfrac{x-1}{3}\right)=6\left(\dfrac{7}{6}-\dfrac{x+1}{2}\right)\]

Da får vi \[1+2(x-1)=7-3(x+1)\]

Steg 2 - Løs opp parenteser

\[1+2x-2=7-3x-3\]

\[2x-1=4-3x\]

Steg 3 - Samle x-leddene

\[5x-1=4\]

\[5x=5\]

Steg 4 - Del på 5

\[x=1\]

Steg 5 - Kontroll

Venstre side blir \(\dfrac{1}{6}+0=\dfrac{1}{6}\). Høyre side blir \(\dfrac{7}{6}-1=\dfrac{1}{6}\). Det stemmer.

Tolkning

Likningen har én løsning.

Vanlig feil: Å multiplisere bare ett ledd med \(6\). Hele venstre og høyre side må multipliseres.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(1/6+(x-1)/3=7/6-(x+1)/2)
→ \(x=1\)

💻 Python

from sympy import symbols, Eq, solve, Rational
x = symbols('x')
print(solve(Eq(Rational(1,6)+(x-1)/3, Rational(7,6)-(x+1)/2), x))
Fasit: \(x=1\) (bekreftet digitalt).
Del 1 · Oppgave 1a-2Andregradslikning

Oppgave 1a-2

Oppgave:

Løs likningen \(2x^2=10x-12\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal løse en andregradslikning. Først samler vi alt på én side, deretter faktoriserer vi.

Steg 1 - Samle alt på én side

\[2x^2-10x+12=0\]

Steg 2 - Del på 2

\[x^2-5x+6=0\]

Steg 3 - Faktoriser

\[x^2-5x+6=(x-2)(x-3)\]

Steg 4 - Bruk nullproduktregelen

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

Dermed er \(x=2\) eller \(x=3\).

Steg 5 - Kontroll

For \(x=2\): \(8=8\). For \(x=3\): \(18=18\).

Tolkning

Likningen har to reelle løsninger.

Vanlig feil: Å glemme én av løsningene etter faktorisering.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(2x^2=10x-12)
→ \(x=2\lor x=3\)

💻 Python

from sympy import symbols, Eq, solve
x = symbols('x')
print(solve(Eq(2*x**2, 10*x - 12), x))
Fasit: \(x=2\) eller \(x=3\) (bekreftet digitalt).
Del 1 · Oppgave 1bLikningssystem

Oppgave 1b

Oppgave:

Løs likningssystemet \(\begin{cases}y=x^2-3x-2\\ y+2=2x\end{cases}\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne skjæringspunktene mellom en parabel og en rett linje.

Steg 1 - Skriv linjen som \(y=\ldots\)

\[y+2=2x\Rightarrow y=2x-2\]

Steg 2 - Sett uttrykkene like

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

Steg 3 - Samle ledd

\[x^2-5x=0\]

Steg 4 - Faktoriser

\[x(x-5)=0\]

Dermed er \(x=0\) eller \(x=5\).

Steg 5 - Finn y-verdiene

Med \(y=2x-2\) får vi \(y=-2\) når \(x=0\), og \(y=8\) når \(x=5\).

Tolkning

Skjæringspunktene er \((0,-2)\) og \((5,8)\).

Vanlig feil: Å oppgi bare \(x\)-verdiene og ikke punktene.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs({y=x^2-3x-2,y+2=2x},{x,y})
→ \((0,-2),(5,8)\)

💻 Python

from sympy import symbols, solve
x, y = symbols('x y')
print(solve([y-(x**2-3*x-2), y+2-2*x], [x, y]))
Fasit: \((x,y)=(0,-2)\) eller \((5,8)\).
Del 1 · Oppgave 1c-1Eksponentiallikning

Oppgave 1c-1

Oppgave:

Løs likningen \(3\cdot2^x=24\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne eksponenten \(x\).

Steg 1 - Del på 3

\[2^x=8\]

Steg 2 - Skriv \(8\) som toerpotens

\[8=2^3\]

Steg 3 - Sammenlikn eksponenter

\[2^x=2^3\Rightarrow x=3\]

Steg 4 - Kontroll

\[3\cdot2^3=24\]

Tolkning

Eksponenten må være \(3\).

Vanlig feil: Å glemme å dele på \(3\) før man sammenlikner potenser.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(3*2^x=24)
→ \(x=3\)

💻 Python

from sympy import symbols, Eq, solve
x = symbols('x')
print(solve(Eq(3*2**x, 24), x))
Fasit: \(x=3\).
Del 1 · Oppgave 1c-2Logaritmer

Oppgave 1c-2

Oppgave:

Finn en formel for \(x\) når \(y=a\cdot b^x\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal isolere eksponenten \(x\), og derfor må vi bruke logaritmer.

Steg 1 - Del på \(a\)

\[\dfrac{y}{a}=b^x\]

Steg 2 - Ta logaritmen

\[\log\left(\dfrac{y}{a}\right)=\log(b^x)\]

Steg 3 - Flytt eksponenten ned

\[\log(b^x)=x\log b\]

Steg 4 - Del på \(\log b\)

\[x=\dfrac{\log\left(\dfrac{y}{a}\right)}{\log b}\]

Steg 5 - Vilkår

Dette krever \(a\ne0\), \(b>0\), \(b\ne1\) og \(\dfrac{y}{a}>0\).

Tolkning

Formelen gir hvor mange vekstperioder som trengs for å komme fra \(a\) til \(y\) med faktor \(b\).

Vanlig feil: Å glemme nevneren \(\log b\).

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(y=a*b^x,x)
→ \(x=\dfrac{\log(y/a)}{\log(b)}\)
Fasit: \(x=\dfrac{\log\left(\dfrac{y}{a}\right)}{\log b}\).
Del 1 · Oppgave 1dRasjonal funksjon

Oppgave 1d

Oppgave:

Vi har gitt funksjonen \(f(x)=\dfrac{2x-4}{x-1}\). Tegn grafen til \(f\) for \(x\in\langle -3,5\rangle\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tegne en rasjonal funksjon. Da trenger vi asymptoter, nullpunkt og støttepunkter.

Steg 1 - Vertikal asymptote

Nevneren er null når \(x=1\). Grafen har vertikal asymptote \(x=1\).

Steg 2 - Horisontal asymptote

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

Dermed er horisontal asymptote \(y=2\).

Steg 3 - Nullpunkt

\[2x-4=0\Rightarrow x=2\]

Grafen skjærer \(x\)-aksen i \((2,0)\).

Steg 4 - Støttepunkter

\(x\)-30235
\(f(x)\)2,54011,5

Steg 5 - Skisse

Venstre gren ligger over \(y=2\) og går mot \(+\infty\) når \(x\to1^-\). Høyre gren går fra \(-\infty\), krysser \(x\)-aksen ved \(2\), og nærmer seg \(y=2\) nedenfra.

Tolkning

Grafen består av to grener, adskilt av asymptoten \(x=1\).

Vanlig feil: Å tegne grafen gjennom \(x=1\). Funksjonen er ikke definert der.
Fasit: Vertikal asymptote \(x=1\), horisontal asymptote \(y=2\), nullpunkt \((2,0)\).
Del 1 · Oppgave 1e-1Derivasjon

Oppgave 1e-1

Oppgave:

Vi har gitt funksjonen \(f(x)=x^3-6x^2+9x\). Bestem \(f\prime(x)\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal derivere et polynom ledd for ledd.

Steg 1

\[(x^3)\prime=3x^2\]

Steg 2

\[(-6x^2)\prime=-12x\]

Steg 3

\[(9x)\prime=9\]

Steg 4

\[f\prime(x)=3x^2-12x+9\]

Steg 5 - Faktorform

\[f\prime(x)=3(x-1)(x-3)\]

Tolkning

Faktorformen gjør fortegnsdrøftingen lettere.

Vanlig feil: Å sette \((9x)\prime=0\). Det skal være \(9\).

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Derivert(x^3-6x^2+9x)
→ \(3x^2-12x+9\)

💻 Python

from sympy import symbols, diff, factor
x = symbols('x')
f = x**3 - 6*x**2 + 9*x
print(diff(f, x), factor(diff(f, x)))
Fasit: \(f\prime(x)=3x^2-12x+9=3(x-1)(x-3)\).
Del 1 · Oppgave 1e-2Fortegnslinje

Oppgave 1e-2

Oppgave:

Tegn fortegnslinjen til \(f\prime(x)\) og bruk denne til å finne topp- og bunnpunktet på grafen til \(f\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal bruke fortegnet til den deriverte til å finne ekstremalpunkter.

Steg 1 - Bruk faktorformen

\[f\prime(x)=3(x-1)(x-3)\]

Steg 2 - Nullpunkter til den deriverte

\[f\prime(x)=0\Rightarrow x=1\text{ eller }x=3\]

Steg 3 - Fortegn

\(f\prime(x)>0\) for \(x<1\), \(f\prime(x)<0\) for \(10\) for \(x>3\).

Steg 4 - Klassifiser

Positiv til negativ ved \(x=1\) gir toppunkt. Negativ til positiv ved \(x=3\) gir bunnpunkt.

Steg 5 - Finn y-verdier

\[f(1)=1-6+9=4\]

\[f(3)=27-54+27=0\]

Tolkning

Toppunktet er \((1,4)\), og bunnpunktet er \((3,0)\).

Vanlig feil: Å bruke nullpunktene til \(f\prime\) som om de var nullpunkter til \(f\).
Fasit: Toppunkt \((1,4)\), bunnpunkt \((3,0)\).
Del 1 · Oppgave 1fProsent og fart

Oppgave 1f

Oppgave:

Geir jogger en fast runde hver morgen. Dette tar vanligvis 60 minutter. En dag har han dårlig tid og kutter strekningen med 20 % og øker farten med 20 %. Hvor lang tid tar joggeturen denne morgenen?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Tiden er strekning delt på fart, så vi må endre både teller og nevner.

Steg 1 - Opprinnelig tid

La strekningen være \(s\) og farten \(v\). Da er \(\dfrac{s}{v}=60\).

Steg 2 - Ny strekning

\[0{,}80s\]

Steg 3 - Ny fart

\[1{,}20v\]

Steg 4 - Ny tid

\[T=\dfrac{0{,}80s}{1{,}20v}=\dfrac{2}{3}\cdot\dfrac{s}{v}\]

Steg 5 - Sett inn 60 minutter

\[T=\dfrac{2}{3}\cdot60=40\]

Tolkning

Turen tar 40 minutter.

Vanlig feil: Å redusere tiden direkte med 20 % og deretter 20 %. Tid følger forholdet strekning/fart.
Fasit: \(40\) minutter.
Del 1 · Oppgave 2aPascals trekant

Oppgave 2a

Oppgave:

Rad nummer 0, 1 og 2 i Pascals trekant er \(1\), \(1\ 1\), \(1\ 2\ 1\). Skriv opp de tre neste radene.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal fortsette Pascals trekant.

Steg 1

Rad 3: \(1\quad3\quad3\quad1\).

Steg 2

Rad 4: \(1\quad4\quad6\quad4\quad1\).

Steg 3

Rad 5: \(1\quad5\quad10\quad10\quad5\quad1\).

Steg 4 - Kontroll

Radene er symmetriske.

Steg 5 - Regel

Hvert indre tall er summen av de to tallene over.

Tolkning

Dette er radene etter rad 2.

Vanlig feil: Å telle første rad som rad 1 i stedet for rad 0.
Fasit: \(1\ 3\ 3\ 1\), \(1\ 4\ 6\ 4\ 1\), \(1\ 5\ 10\ 10\ 5\ 1\).
Del 1 · Oppgave 2bBinomialkoeffisienter

Oppgave 2b

Oppgave:

Bruk Pascals trekant til å bestemme binomialkoeffisientene \(\binom{3}{0}\), \(\binom{4}{1}\), \(\binom{4}{3}\) og \(\binom{5}{5}\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal lese verdier i Pascals trekant.

Steg 1

Rad 3 er \(1\ 3\ 3\ 1\), så \(\binom{3}{0}=1\).

Steg 2

Rad 4 er \(1\ 4\ 6\ 4\ 1\), så \(\binom{4}{1}=4\).

Steg 3

Samme rad gir \(\binom{4}{3}=4\).

Steg 4

Siste tall i rad 5 er \(\binom{5}{5}=1\).

Tolkning

Verdiene er \(1,4,4,1\).

Vanlig feil: Å telle posisjoner fra 1. I \(\binom{n}{k}\) starter \(k\) på 0.
Fasit: \(\binom{3}{0}=1\), \(\binom{4}{1}=4\), \(\binom{4}{3}=4\), \(\binom{5}{5}=1\).
Del 1 · Oppgave 2cBinomialsum

Oppgave 2c

Oppgave:

For rad nummer \(n\) i Pascals trekant gjelder \(\binom{n}{0}+\binom{n}{1}+\binom{n}{2}+\cdots+\binom{n}{n}=2^n\). Vis at dette stemmer for rad nummer 0, 1, 2, 3, 4 og 5. Finn summen av binomialkoeffisientene i rad nummer 10.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal summere radene og bruke regelen.

Steg 1

Rad 0: \(1=2^0\). Rad 1: \(1+1=2=2^1\).

Steg 2

Rad 2: \(1+2+1=4=2^2\).

Steg 3

Rad 3: \(1+3+3+1=8=2^3\).

Steg 4

Rad 4: \(1+4+6+4+1=16=2^4\). Rad 5: \(1+5+10+10+5+1=32=2^5\).

Steg 5

Rad 10 har sum \(2^{10}=1024\).

Tolkning

Summen dobles fra rad til rad.

Vanlig feil: Å bruke \(10^2\) i stedet for \(2^{10}\).
Fasit: Summen i rad 10 er \(1024\).

Del 2 - med hjelpemidler

Del 2 · Oppgave 3aKombinatorikk

Oppgave 3a

Oppgave:

Elevrådet ved en skole består av 9 jenter og 6 gutter. Blant disse skal det velges en komité på 5 personer. Hvor mange mulige komiteer med 5 personer kan vi sette sammen av medlemmene i elevrådet?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi velger 5 personer blant 15 uten rekkefølge.

Steg 1

Totalt antall elever: \(9+6=15\).

Steg 2

Komité betyr at rekkefølge ikke teller, så vi bruker kombinasjoner.

Steg 3

\[\binom{15}{5}=\dfrac{15!}{5!10!}\]

Steg 4

\[\binom{15}{5}=3003\]

Steg 5

Dette er antall ulike grupper på 5 personer.

Tolkning

Samme fem personer telles bare én gang.

Vanlig feil: Å bruke permutasjoner og dermed telle samme komité flere ganger.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
nCr(15,5)
→ \(3003\)

💻 Python

from math import comb
print(comb(15,5))
Fasit: \(3003\).
Del 2 · Oppgave 3bHypergeometrisk sannsynlighet

Oppgave 3b

Oppgave:

Hva er sannsynligheten for at det blir 2 gutter og 3 jenter i komiteen?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi trekker uten tilbakelegging fra gutter og jenter, så modellen er hypergeometrisk.

Steg 1

Totalt antall komiteer er \(\binom{15}{5}=3003\).

Steg 2

Velg 2 gutter: \(\binom{6}{2}=15\).

Steg 3

Velg 3 jenter: \(\binom{9}{3}=84\).

Steg 4

Gunstige komiteer: \(15\cdot84=1260\).

Steg 5

\[P=\dfrac{\binom{6}{2}\binom{9}{3}}{\binom{15}{5}}=\dfrac{1260}{3003}=\dfrac{60}{143}\approx0{,}420\]

Tolkning

Sannsynligheten er omtrent 42,0 %.

Vanlig feil: Å bruke binomisk modell selv om trekkingen skjer uten tilbakelegging.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
nCr(6,2)*nCr(9,3)/nCr(15,5)
→ \(\dfrac{60}{143}\)

💻 Python

from math import comb
from fractions import Fraction
print(Fraction(comb(6,2)*comb(9,3), comb(15,5)))
Fasit: \(\dfrac{60}{143}\approx0{,}420\).
Del 2 · Oppgave 3cOrdnet trekning

Oppgave 3c

Oppgave:

Elise og Mathias er med i en komité på 5 medlemmer. Leder og sekretær trekkes ved loddtrekning. De trekker først lederen og deretter sekretæren. Hva er sannsynligheten for at Elise blir leder og Mathias sekretær?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Her teller rekkefølgen: først leder, så sekretær.

Steg 1

Sannsynligheten for at Elise blir leder er \(\dfrac{1}{5}\).

Steg 2

Når Elise er valgt, er 4 personer igjen.

Steg 3

Sannsynligheten for at Mathias blir sekretær da er \(\dfrac{1}{4}\).

Steg 4

\[P=\dfrac{1}{5}\cdot\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{20}\]

Steg 5

Dette tilsvarer ett gunstig ordnet par av 20 mulige.

Tolkning

Sannsynligheten er 5 %.

Vanlig feil: Å bruke \(\dfrac{1}{5}\cdot\dfrac{1}{5}\). Etter første trekning er det bare 4 personer igjen.
Fasit: \(\dfrac{1}{20}\).
Del 2 · Oppgave 3dBetinget sannsynlighet

Oppgave 3d

Oppgave:

Hva er sannsynligheten for at Elise blir leder og en annen enn Mathias blir sekretær?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Elise skal først velges til leder, og sekretæren skal ikke være Mathias.

Steg 1

\[P(\text{Elise leder})=\dfrac{1}{5}\]

Steg 2

Etterpå er 4 personer igjen.

Steg 3

Blant disse 4 er 3 personer andre enn Mathias.

Steg 4

\[P=\dfrac{1}{5}\cdot\dfrac{3}{4}=\dfrac{3}{20}\]

Tolkning

Sannsynligheten er 15 %.

Vanlig feil: Å telle Elise som en mulig sekretær etter at hun er valgt som leder.
Fasit: \(\dfrac{3}{20}\).
Del 2 · Oppgave 4aBinomisk sannsynlighet

Oppgave 4a

Oppgave:

Solveig passerer et lyskryss 40 ganger på vei til og fra skolen i løpet av en måned. I krysset er det grønt lys 35 % av tida. Hva er sannsynligheten for at Solveig får grønt lys akkurat 16 ganger?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi har 40 forsøk med sannsynlighet \(p=0{,}35\) for grønt lys. Vi bruker binomisk modell.

Steg 1

\[X\sim \operatorname{Bin}(40,0{,}35)\]

Steg 2

\[P(X=16)=\binom{40}{16}0{,}35^{16}0{,}65^{24}\]

Steg 3

Eksponenten \(24\) kommer av \(40-16=24\).

Steg 4

Digitalt får vi \[P(X=16)\approx0{,}1031\]

Tolkning

Det er omtrent 10,3 % sannsynlighet.

Vanlig feil: Å regne \(0{,}35^{16}\) uten binomialkoeffisienten og uten de 24 ikke-grønne gangene.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Binomial(40,0.35,16)
→ \(0{,}1031\)

💻 Python

import math
p = math.comb(40,16)*0.35**16*0.65**24
print(p)
Fasit: \(P(X=16)\approx0{,}103\).
Del 2 · Oppgave 4bBinomisk sannsynlighet

Oppgave 4b

Oppgave:

Hva er sannsynligheten for at Solveig får grønt lys minst 16 ganger?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Minst 16 betyr 16, 17, ..., 40.

Steg 1

\[X\sim \operatorname{Bin}(40,0{,}35)\]

Steg 2

\[P(X\ge16)=\sum_{k=16}^{40}\binom{40}{k}0{,}35^k0{,}65^{40-k}\]

Steg 3

Alternativt kan vi bruke komplementet \(1-P(X\le15)\).

Steg 4

Digitalt får vi \[P(X\ge16)\approx0{,}3054\]

Tolkning

Det er omtrent 30,5 % sannsynlighet for minst 16 grønne lys.

Vanlig feil: Å regne bare \(P(X=16)\).

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
1-BinomialCDF(40,0.35,15)
→ \(0{,}3054\)

💻 Python

import math
p = sum(math.comb(40,k)*0.35**k*0.65**(40-k) for k in range(16,41))
print(p)
Fasit: \(P(X\ge16)\approx0{,}305\).
Del 2 · Oppgave 5aFunksjoner og graf

Oppgave 5a

Oppgave:

Funksjonene \(f\) og \(g\) er gitt ved \(f(x)=2x^2\cdot2^{-x}\) og \(g(x)=(8x-6)\cdot2^{-x}\). Tegn grafene til \(f\) og \(g\) i samme koordinatsystem når \(x\in[0,4]\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tegne to grafer i samme koordinatsystem på et avgrenset intervall.

Steg 1 - Definer funksjonene

\[f(x)=2x^2\cdot2^{-x}\]

\[g(x)=(8x-6)\cdot2^{-x}\]

Steg 2 - Bruk intervallet

Grafene skal tegnes for \(0\le x\le4\).

Steg 3 - Støttepunkter

\(x\)01234
\(f(x)\)0122,252
\(g(x)\)-612,52,251,625

Steg 4 - Digital tegning

Bruk Funksjon(2*x^2*2^(-x),0,4) og Funksjon((8*x-6)*2^(-x),0,4).

Tolkning

Grafene ser ut til å skjære hverandre ved \(x=1\) og \(x=3\).

Vanlig feil: Å tegne utenfor intervallet \([0,4]\) og bruke feil utsnitt.
Fasit: Grafene tegnes for \(0\le x\le4\); skjæringspunktene bestemmes i 5b.
Del 2 · Oppgave 5bSkjæringspunkter

Oppgave 5b

Oppgave:

Finn koordinatene til skjæringspunktene mellom grafene både grafisk og ved regning.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal løse \(f(x)=g(x)\) og finne punktene.

Steg 1 - Sett likt

\[2x^2\cdot2^{-x}=(8x-6)\cdot2^{-x}\]

Steg 2 - Del på positiv faktor

Siden \(2^{-x}>0\), kan vi dele med \(2^{-x}\):

\[2x^2=8x-6\]

Steg 3 - Samle

\[2x^2-8x+6=0\]

\[x^2-4x+3=0\]

Steg 4 - Faktoriser

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

\(x=1\) eller \(x=3\).

Steg 5 - Finn y-verdier

\[f(1)=1\]

\[f(3)=2\cdot3^2\cdot2^{-3}=\dfrac{18}{8}=2{,}25\]

Tolkning

Skjæringspunktene er \((1,1)\) og \((3,2{,}25)\), i samsvar med grafen.

Vanlig feil: Å dele på en faktor uten å sjekke at den ikke kan være null. Her er \(2^{-x}\) alltid positiv.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Skjæring(2*x^2*2^(-x),(8*x-6)*2^(-x))
→ \((1,1),(3,2{,}25)\)

💻 Python

from sympy import symbols, Eq, solve
x = symbols('x')
f = 2*x**2*2**(-x)
g = (8*x-6)*2**(-x)
print([(s, f.subs(x,s)) for s in solve(Eq(f,g), x)])
Fasit: \((1,1)\) og \((3,2{,}25)\).
Del 2 · Oppgave 6I-aGraftegning

Oppgave 6I-a

Oppgave:

Alternativ I. Vi har gitt funksjonen \(f(x)=2x^3-9x^2+12x\). Tegn grafen til \(f\) når \(x\in\left\langle-\dfrac12,3\right\rangle\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tegne en tredjegradsfunksjon på et gitt intervall.

Steg 1

Definer \(f(x)=2x^3-9x^2+12x\).

Steg 2

Tegn bare for \(-\dfrac12

Steg 3

\(x\)-0,50123
\(f(x)\)-8,3750549

Steg 4

Senere drøfting viser toppunkt \((1,5)\) og bunnpunkt \((2,4)\), som hjelper skissen.

Tolkning

Grafen går gjennom \((0,0)\) og har en liten nedgang fra \((1,5)\) til \((2,4)\).

Vanlig feil: Å tegne hele grafen i stedet for bare intervallet.
Fasit: Grafen tegnes med støttepunktene over og intervallet \(\left\langle-\dfrac12,3\right\rangle\).
Del 2 · Oppgave 6I-bGjennomsnittlig vekstfart

Oppgave 6I-b

Oppgave:

Alternativ I. Bestem den gjennomsnittlige vekstfarten i intervallet \([1,2]\). Marker denne på figuren i a).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Gjennomsnittlig vekstfart er stigningstallet til sekanten.

Steg 1

\[\dfrac{f(2)-f(1)}{2-1}\]

Steg 2

\[f(1)=2-9+12=5\]

Steg 3

\[f(2)=16-36+24=4\]

Steg 4

\[\dfrac{4-5}{1}=-1\]

Tolkning

Sekanten gjennom \((1,5)\) og \((2,4)\) har stigningstall \(-1\).

Vanlig feil: Å bruke den deriverte. Dette er gjennomsnittlig, ikke momentan, vekstfart.
Fasit: \(-1\).
Del 2 · Oppgave 6I-cMomentan vekstfart

Oppgave 6I-c

Oppgave:

Alternativ I. Finn den momentane vekstfarten når \(x=\dfrac12\). Marker denne på figuren i a).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Momentan vekstfart er verdien av den deriverte.

Steg 1

\[f\prime(x)=6x^2-18x+12\]

Steg 2

\[f\prime\left(\dfrac12\right)=6\left(\dfrac12\right)^2-18\left(\dfrac12\right)+12\]

Steg 3

\[=\dfrac{6}{4}-9+12=\dfrac32+3=\dfrac92\]

Steg 4

\[\dfrac92=4{,}5\]

Tolkning

Tangenten ved \(x=\dfrac12\) har stigningstall \(4{,}5\).

Vanlig feil: Å bruke sekanten fra del b.
Fasit: \(\dfrac92=4{,}5\).
Del 2 · Oppgave 6I-dFortegnslinje

Oppgave 6I-d

Oppgave:

Alternativ I. Tegn fortegnslinjen til \(f\prime(x)\) og bruk denne til å finne hvor grafen til \(f\) stiger, og hvor grafen til \(f\) synker.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal drøfte monotonien ved hjelp av den deriverte.

Steg 1

\[f\prime(x)=6x^2-18x+12\]

Steg 2

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

Steg 3

Nullpunktene er \(x=1\) og \(x=2\).

Steg 4

\(f\prime(x)>0\) for \(x<1\), \(f\prime(x)<0\) for \(10\) for \(x>2\).

Tolkning

På intervallet stiger grafen for \(-\dfrac12

Vanlig feil: Å bare finne nullpunktene uten å bestemme fortegnet mellom dem.
Fasit: Stiger på \(\left\langle-\dfrac12,1\right\rangle\) og \(\langle2,3\rangle\), synker på \(\langle1,2\rangle\).
Del 2 · Oppgave 6I-eEkstremalpunkter

Oppgave 6I-e

Oppgave:

Alternativ I. Løs likningen \(f\prime(x)=0\). Bestem topp- og bunnpunktet på grafen til \(f\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal finne kritiske punkter og klassifisere dem.

Steg 1

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

Steg 2

\[x=1\quad\text{eller}\quad x=2\]

Steg 3

Fortegnet går fra positivt til negativt ved \(x=1\), så det er toppunkt.

Steg 4

\[f(1)=5\]

Steg 5

Fortegnet går fra negativt til positivt ved \(x=2\), så det er bunnpunkt, og \(f(2)=4\).

Tolkning

Toppunkt \((1,5)\), bunnpunkt \((2,4)\).

Vanlig feil: Å ikke bruke fortegnsendringen til å avgjøre topp eller bunn.
Fasit: \(x=1\) og \(x=2\). Toppunkt \((1,5)\), bunnpunkt \((2,4)\).
Del 2 · Oppgave 6I-fNullpunkter

Oppgave 6I-f

Oppgave:

Alternativ I. Vis ved regning at likningen \(f(x)=0\) bare har løsningen \(x=0\).

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal vise at tredjegradsfunksjonen bare har ett reelt nullpunkt.

Steg 1

\[2x^3-9x^2+12x=0\]

Steg 2

\[x(2x^2-9x+12)=0\]

Steg 3

Én løsning er \(x=0\).

Steg 4

For \(2x^2-9x+12=0\) er diskriminanten

\[D=(-9)^2-4\cdot2\cdot12=81-96=-15\]

Steg 5

Siden \(D<0\), har andregradsfaktoren ingen reelle løsninger.

Tolkning

Dermed er \(x=0\) eneste reelle løsning.

Vanlig feil: Å anta at tredjegradslikningen må ha tre reelle løsninger.
Fasit: Den eneste reelle løsningen er \(x=0\).
Del 2 · Oppgave 6II-aRegresjon

Oppgave 6II-a

Oppgave:

Alternativ II. En bedrift kan produsere inntil 1 400 enheter per dag. Tabellen viser totalkostnaden i kroner: antall enheter 200, 400, 600, 700, 800, 1000 og totalkostnad 2300, 3000, 3800, 4200, 4700, 5900. Bruk regresjon til å finne et andregradsuttrykk for kostnadsfunksjonen når det produseres \(x\) enheter per dag.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tilpasse en andregradsmodell til tabellen.

Steg 1

Vi bruker modellen \(K(x)=ax^2+bx+c\).

Steg 2

Legg inn punktene \((200,2300)\), \((400,3000)\), \((600,3800)\), \((700,4200)\), \((800,4700)\), \((1000,5900)\).

Steg 3

Andregradsregresjon gir omtrent

\[K(x)\approx0{,}002067x^2+1{,}961x+1847{,}14\]

Steg 4

Regresjon gir en tilpasset kurve, ikke nødvendigvis en kurve som treffer alle punktene nøyaktig.

Tolkning

Modellen anslår totalkostnaden i kroner ved produksjon av \(x\) enheter.

Vanlig feil: Å forveksle regresjonsmodellen med den kostnadsfunksjonen bedriften velger senere.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
RegPoly(liste,2)
→ \(0{,}002067x^2+1{,}961x+1847{,}14\)

💻 Python

import numpy as np
x = np.array([200,400,600,700,800,1000], dtype=float)
y = np.array([2300,3000,3800,4200,4700,5900], dtype=float)
print(np.polyfit(x, y, 2))
Fasit: \(K(x)\approx0{,}002067x^2+1{,}961x+1847{,}14\).
Del 2 · Oppgave 6II-bGraftegning

Oppgave 6II-b

Oppgave:

Alternativ II. Bedriften bruker \(I(x)=-0{,}004x^2+9{,}5x+200\) og \(K(x)=0{,}002x^2+2x+1800\). Tegn grafene til de to funksjonene i samme koordinatsystem.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tegne inntekt og kostnad i samme koordinatsystem.

Steg 1

Definer \(I(x)=-0{,}004x^2+9{,}5x+200\).

Steg 2

Definer \(K(x)=0{,}002x^2+2x+1800\).

Steg 3

Bruk produksjonsintervallet \(0\le x\le1400\).

Steg 4

Skjæringspunktene mellom grafene er viktige fordi de gir null overskudd.

Tolkning

Der \(I\) ligger over \(K\), har bedriften overskudd.

Vanlig feil: Å tegne regresjonsmodellen fra a i stedet for den oppgitte \(K(x)\).
Fasit: Tegn \(I\) og \(K\) på \([0,1400]\) i samme koordinatsystem.
Del 2 · Oppgave 6II-cGrafisk overskudd

Oppgave 6II-c

Oppgave:

Alternativ II. Bruk grafene til å avgjøre hvor mye som må produseres for at bedriften skal sitte igjen med overskudd. Forklar hvordan du kan bruke grafene til å finne det største overskuddet.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Overskudd betyr \(I(x)>K(x)\).

Steg 1

Overskudd er området der inntektsgrafen ligger over kostnadsgrafen.

Steg 2

Skjæringene mellom grafene er omtrent ved \(x\approx272{,}9\) og \(x\approx977{,}1\).

Steg 3

Bedriften har overskudd mellom disse punktene:

\[272{,}9

Steg 4

Størst overskudd finnes der den vertikale avstanden mellom \(I\)-grafen og \(K\)-grafen er størst.

Tolkning

Grafisk ligger dette rundt \(x=625\), som bekreftes i del f.

Vanlig feil: Å lete etter høyeste punkt på inntektsgrafen i stedet for største avstand \(I-K\).
Fasit: Overskudd for omtrent \(273
Del 2 · Oppgave 6II-dOverskuddsfunksjon

Oppgave 6II-d

Oppgave:

Alternativ II. Finn et uttrykk for overskuddsfunksjonen \(O(x)\). Bruk uttrykket til å undersøke hvilke produksjonsmengder som gir overskudd.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal regne \(O(x)=I(x)-K(x)\) og løse \(O(x)>0\).

Steg 1

\[O(x)=I(x)-K(x)\]

Steg 2

\[O(x)=(-0{,}004x^2+9{,}5x+200)-(0{,}002x^2+2x+1800)\]

Steg 3

\[O(x)=-0{,}006x^2+7{,}5x-1600\]

Steg 4

Løs \(O(x)=0\):

\[x\approx272{,}9\quad\text{eller}\quad x\approx977{,}1\]

Steg 5

Parabelen vender nedover, så \(O(x)>0\) mellom nullpunktene.

Tolkning

Overskudd fås når produksjonen er mellom ca. 273 og 977 enheter.

Vanlig feil: Å regne \(K-I\) i stedet for \(I-K\).

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

GeoGebra · CAS
1
Løs(-0.006x^2+7.5x-1600>0)
→ \(272{,}9
Fasit: \(O(x)=-0{,}006x^2+7{,}5x-1600\). Overskudd for \(272{,}9
Del 2 · Oppgave 6II-eMaksimering av inntekt

Oppgave 6II-e

Oppgave:

Alternativ II. Bruk den deriverte til å finne ut hvor mange enheter som må produseres og selges for at inntekten \(I(x)\) skal bli størst mulig. Vil dette salget gi overskudd for bedriften?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi maksimerer \(I(x)\), og undersøker deretter \(O(x)\).

Steg 1

\[I\prime(x)=-0{,}008x+9{,}5\]

Steg 2

Sett \(I\prime(x)=0\):

\[-0{,}008x+9{,}5=0\]

Steg 3

\[x=\dfrac{9{,}5}{0{,}008}=1187{,}5\]

Steg 4

Inntektsparabelen vender nedover, så dette gir maksimal inntekt.

Steg 5

\[O(1187{,}5)\approx-1154{,}7\]

Tolkning

Produksjonen som gir størst inntekt, gir ikke overskudd.

Vanlig feil: Å tro at størst inntekt automatisk betyr overskudd.
Fasit: Inntekten er størst ved \(x=1187{,}5\), men dette gir underskudd.
Del 2 · Oppgave 6II-fMaksimering av overskudd

Oppgave 6II-f

Oppgave:

Alternativ II. Bruk den deriverte til å finne ut hvilken produksjonsmengde som gir størst overskudd. Hva er det største overskuddet bedriften kan oppnå?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi maksimerer \(O(x)=-0{,}006x^2+7{,}5x-1600\).

Steg 1

\[O\prime(x)=-0{,}012x+7{,}5\]

Steg 2

\[-0{,}012x+7{,}5=0\]

Steg 3

\[x=\dfrac{7{,}5}{0{,}012}=625\]

Steg 4

\[O(625)=-0{,}006\cdot625^2+7{,}5\cdot625-1600=743{,}75\]

Steg 5

Siden parabelen vender nedover, er dette et maksimum.

Tolkning

Størst overskudd oppnås ved 625 enheter.

Vanlig feil: Å maksimere \(I\) i stedet for \(O\).
Fasit: \(625\) enheter gir størst overskudd, \(743{,}75\) kroner.
Del 2 · Oppgave 7aLineær optimering

Oppgave 7a

Oppgave:

En ferje frakter personbiler og lastebiler. En personbil trenger et areal på 15 m2, mens en lastebil trenger 50 m2. Arealet av hele ferjedekket er 2 100 m2. En personbil veier i gjennomsnitt 1 t, og en lastebil veier 10 t. Den samlede vekten må ikke overstige 250 t. Det koster 106 kroner for en personbil og 603 kroner for en lastebil. La \(x\) være antall personbiler og \(y\) antall lastebiler. Sett opp ulikheter som avgrenser antall personbiler og lastebiler det er mulig å ta med på ferja.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal lage et lineært ulikhetssystem.

Steg 1 - Ikke-negative antall

\[x\ge0,\qquad y\ge0\]

Steg 2 - Areal

Personbiler bruker \(15x\), lastebiler bruker \(50y\), og samlet areal er maksimalt \(2100\):

\[15x+50y\le2100\]

Steg 3 - Vekt

Samlet vekt er \(x+10y\), og må være maksimalt \(250\):

\[x+10y\le250\]

Steg 4 - Samlet system

\[x\ge0,\quad y\ge0,\quad 15x+50y\le2100,\quad x+10y\le250\]

Tolkning

Alle mulige lastingar må ligge i området som oppfyller disse fire ulikhetene.

Vanlig feil: Å glemme at antall biler ikke kan være negativt.
Fasit: \(x\ge0\), \(y\ge0\), \(15x+50y\le2100\), \(x+10y\le250\).
Del 2 · Oppgave 7bMulighetsområde

Oppgave 7b

Oppgave:

Tegn grafer som illustrerer ulikhetene i et koordinatsystem. Marker på figuren hvilket område som angir de mulige antallene av personbiler og lastebiler.

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal tegne grenselinjene og markere området under begge i første kvadrant.

Steg 1 - Areallinjen

\[15x+50y=2100\]

Skjærer aksene i \((140,0)\) og \((0,42)\).

Steg 2 - Vektlinjen

\[x+10y=250\]

Skjærer aksene i \((250,0)\) og \((0,25)\).

Steg 3 - Skjæring mellom linjene

Fra \(x+10y=250\) får vi \(x=250-10y\). Sett inn:

\[15(250-10y)+50y=2100\]

\[3750-100y=2100\Rightarrow y=16{,}5\]

Da er \(x=85\).

Steg 4 - Hjørnepunkter

Mulighetsområdet har hjørner \((0,0)\), \((140,0)\), \((85,16{,}5)\) og \((0,25)\), før heltallstilpasning.

Tolkning

Området er under begge linjer i første kvadrant.

Vanlig feil: Å markere området over linjene. Kravene er maksimumskrav.
Fasit: Marker området med hjørner \((0,0)\), \((140,0)\), \((85,16{,}5)\), \((0,25)\).
Del 2 · Oppgave 7cLineær optimering

Oppgave 7c

Oppgave:

Sett opp et uttrykk som viser hvor stor inntekt ferjeselskapet har på en overfart. Finn den fordelingen av personbiler og lastebiler som gir høyest inntekt for selskapet. Hva er den største inntekten selskapet kan oppnå på en overfart?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi skal maksimere en lineær inntektsfunksjon med heltallskrav.

Steg 1 - Inntekt

\[I(x,y)=106x+603y\]

Steg 2 - Hjørnepunkter uten heltallskrav

PunktInntekt
\((0,0)\)0
\((140,0)\)14840
\((85,16{,}5)\)18959,5
\((0,25)\)15075

Steg 3 - Heltall

\((85,16{,}5)\) er ikke mulig fordi antall lastebiler må være heltall.

Steg 4 - Sjekk nærmeste heltall

Ved \(y=16\) gir arealkravet \(15x+800\le2100\), altså \(x\le86{,}66\). Vektkravet gir \(x\le90\). Dermed er \(x=86\) mulig.

Steg 5 - Inntekt

\[I(86,16)=106\cdot86+603\cdot16=18764\]

Tolkning

Digitalt heltallssøk bekrefter at dette er best.

Vanlig feil: Å bruke en halv lastebil i slutt svaret.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

💻 Python

best = None
for x in range(300):
    for y in range(100):
        if 15*x + 50*y <= 2100 and x + 10*y <= 250:
            value = 106*x + 603*y
            if best is None or value > best[0]:
                best = (value, x, y)
print(best)
Fasit: \(I(x,y)=106x+603y\). Størst inntekt er \(18764\) kroner ved \(86\) personbiler og \(16\) lastebiler.
Del 2 · Oppgave 7dNytt vilkår

Oppgave 7d

Oppgave:

Det innføres nye regler. Av sikkerhetsgrunner er det ikke lenger tillatt å ta med mer enn 14 lastebiler. Hva blir nå den høyeste inntekten som er mulig å oppnå på en overfart?

Vis løsning

Hva spør oppgaven om? Vi legger til vilkåret \(y\le14\) og maksimerer på nytt.

Steg 1 - Ny begrensning

\[y\le14\]

Steg 2 - Undersøk \(y=14\)

Lastebiler gir høy inntekt, så maksimum vil ligge på den nye grensen eller nær den.

Steg 3 - Finn største \(x\)

Areal:

\[15x+50\cdot14\le2100\Rightarrow15x+700\le2100\Rightarrow x\le93{,}33\]

Vekt:

\[x+10\cdot14\le250\Rightarrow x\le110\]

Arealet begrenser mest, så \(x=93\).

Steg 4 - Inntekt

\[I(93,14)=106\cdot93+603\cdot14=9858+8442=18300\]

Steg 5 - Kontroll

Heltallssøk med \(y\le14\) bekrefter at \((93,14)\) er best.

Tolkning

Den nye regelen reduserer maksimal inntekt fra \(18764\) til \(18300\) kroner.

Vanlig feil: Å beholde løsningen fra 7c, som har 16 lastebiler og derfor bryter den nye regelen.

Kontroll (GeoGebra CAS / Python)

💻 Python

best = None
for x in range(300):
    for y in range(15):
        if 15*x + 50*y <= 2100 and x + 10*y <= 250:
            value = 106*x + 603*y
            if best is None or value > best[0]:
                best = (value, x, y)
print(best)
Fasit: Høyest mulig inntekt er \(18300\) kroner ved \(93\) personbiler og \(14\) lastebiler.