Eksamensoppgavene er utgitt av Utdanningsdirektoratet. Første nedlasting kjører en bot-sjekk i nettleseren (Vercel BotID) — mer i personvernerklæringen.
Del 1uten hjelpemidler · 2 timer · 7 oppgaver
Oppgave 1-1·Bestemte og ubestemte integraler
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Vektorene og er gitt.
Om et plan får du vite at , og punktet ligger i .
a)
Vis at er en normalvektor til planet .
b)
Bestem en likning til planet .
Fasit
a)
og
b)
LøsningsforslagKI-generert
a)
Planet er parallelt med både og , så retningsvektorene til er og . En normalvektor til planet må stå vinkelrett på begge retningsvektorene, altså må skalarproduktene være null.
Vi regner ut skalarproduktene med :
Siden og , står vinkelrett på begge retningsvektorene til planet. Dermed er en normalvektor til .
b)
Et plan med normalvektor gjennom punktet har likning
Vi løser opp parentesene:
Ganger vi med og ordner leddene, får vi likningen til planet :
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Funksjonen er gitt ved
En elev har skrevet følgende kode:
a)
Forklar hva eleven ønsker å regne ut.
b)
Hva blir det eksakte svaret på oppgaven eleven ønsker å regne ut?
Fasit
a)
Eleven tilnærmer med en Riemannsum.
b)
LøsningsforslagKI-generert
a)
I koden er , og . Programmet deler intervallet inn i like brede delintervaller med bredde
For hvert delintervall regnes rektangelarealet ut, altså funksjonsverdien i venstre endepunkt av delintervallet multiplisert med bredden . Disse arealene summeres i variabelen .
Dette er en venstre Riemannsum med delintervaller, og eleven ønsker altså å finne en tilnærmet verdi for det bestemte integralet
som er arealet mellom grafen til og -aksen fra til . Siden er stort, vil tilnærmingen ligge svært nær den eksakte verdien av integralet.
Oppgave 1-7·To like integraler med ulike integrasjonskonstanter
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
a)
Bruk derivasjon til å vise at
b)
Bruk variabelskiftet til å vise at
c)
Forklar hvordan de to formlene kan begge være sanne samtidig.
Fasit
a)
Se utregning.
b)
Se utregning.
c)
De to antideriverte skiller seg med en konstant: , så .
LøsningsforslagKI-generert
a)
Vi deriverer med kvotientregelen, med og :
Siden den deriverte av er , er en antiderivert av , altså
b)
Vi substituerer , som gir , altså :
Vi setter tilbake :
c)
Begge formlene er riktige fordi to antideriverte av samme funksjon alltid kan skille seg med en konstant. Vi sjekker differansen mellom de to uttrykkene:
Altså er
Dette betyr at og er samme funksjon dersom . Siden og begge kan være en hvilken som helst reell konstant, dekker de to uttrykkene nøyaktig de samme funksjonene, og begge formler for det ubestemte integralet er derfor sanne samtidig.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Tabellen nedenfor viser hvor stor del av månen som var synlig ved midnatt for noen utvalgte døgn på et bestemt sted i et bestemt år.
Døgn nr.
1
2
3
4
5
10
15
20
Synlig del
Døgn nr.
25
30
35
40
45
55
60
65
Synlig del
Her er antall døgn etter nyttår.
a)Hjelpemiddelkrav: Krever PC
Lag en periodisk funksjon som er en god modell for dataene ovenfor.
Vi sier det er fullmåne når den synlige delen av månen er størst mulig.
b)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator + svaret på tidligere oppgave
Hvor lang tid går det mellom hver gang det er fullmåne ifølge modellen ?
c)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator + svaret på tidligere oppgave
Hvilke døgn var minst halve månen synlig ved midnatt i januar dette året?
Fasit
a)
b)
c)
LøsningsforslagKI-generert
a)
Vi legger de 16 datapunktene fra tabellen inn som en liste i GeoGebra, for eksempel
Siden dataene svinger periodisk mellom en minste og en største synlig andel av månen, er en sinusfunksjon en naturlig modell. Vi bruker kommandoen
i GeoGebra, som tilpasser en funksjon på formen til datapunktene ved minste kvadraters metode. Dette gir
som kan skrives om til
Setter vi grafen til sammen med datapunktene, ser vi at kurven treffer punktene svært godt — det største avviket (residualet) mellom modellen og et enkelt datapunkt er kun .
b)
Perioden til en sinusfunksjon er gitt ved
Med fra regresjonen får vi
Det går altså mellom hver gang det er fullmåne ifølge modellen. Dette stemmer godt med at den faktiske månesyklusen (synodisk måned) er ca. døgn, så modellen gir en realistisk beskrivelse av månefasene.
c)
Minst halve månen er synlig når . I januar er , så vi løser ulikheten
grafisk ved å tegne linja sammen med grafen til og finne skjæringspunktene i GeoGebra. Det gir skjæringspunkter ved
Grafen til ligger over linja mellom disse to verdiene, altså for .
Siden er antall døgn (hele tall), betyr dette at minst halve månen var synlig ved midnatt fra og med døgn til og med døgn — altså i .
Figuren under viser hele løsningen i én figur: de 16 datapunktene (åpne sirkler), regresjonskurven med funksjonsuttrykket, den vannrette linja , og de to skjæringspunktene StartJanuar og SluttJanuar.
Oppgave 2-2·Uendelig geometrisk rekke med trigonometriske ledd
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
En uendelig geometrisk rekke er gitt ved
a)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Bestem området i intervallet hvor rekken konvergerer.
b)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Avgjør for hvilke verdier av likningen
har en eller flere løsninger i intervallet .
Fasit
a)
b)
LøsningsforslagKI-generert
a)
Rekka
er en uendelig geometrisk rekke med første ledd og kvotient (hvert nytt ledd er forrige multiplisert med ).
En uendelig geometrisk rekke konvergerer når :
I intervallet har løsningene (i tillegg til at , som ligger innenfor grensa). Ulikheten er oppfylt mellom disse verdiene, slik at konvergensområdet blir
Endepunktene og er med fordi , som oppfyller .
b)
For en konvergent uendelig geometrisk rekke er summen . Med CAS (kommando Forenkle(cos(x)/(1-2*sin(x)))) bekreftes at uttrykket ikke lar seg forenkle videre, så
Vi skal finne for hvilke verdier av likningen har løsning i . Fra a) konvergerer rekka i på delintervallene
I randpunktet (like utenfor konvergensområdet) er
Ved å studere på hvert delintervall (for eksempel med graftegning i GeoGebra) ser vi:
På er når , og når (nevneren ). Her tar alle verdier i .
På går fra og nærmer seg (ved symmetri med tilsvarende grenseverdi), altså verdier i .
På går fra (nevneren ) opp til , altså verdier i .
Til sammen dekker verdimengden til på konvergensområdet i intervallene
Likningen har dermed en eller flere løsninger i nøyaktig når
Grafisk vises dette tydelig. I figuren under er tegnet bare på de tre intervallene i der rekka konvergerer, sammen med de vannrette linjene (røde):
Kurven kommer aldri innenfor det vannrette båndet . Legg merke til at grenene starter nøyaktig på de røde linjene i randpunktene og — men disse randpunktene hører ikke med til konvergensområdet, så verdiene nås aldri.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
En kuleflate har sentrum i origo og radius 3.
Punktet er et eksempel på et punkt på som har heltallige koordinater.
Lag et program som finner antall punkt på som har heltallige koordinater.
Fasit
LøsningsforslagKI-generert
Kuleflata er gitt ved
altså en kule med sentrum i origo og radius .
Skal et punkt med heltallige koordinater ligge på , må hvert enkelt ledd , og være mindre enn eller lik (siden alle leddene er ikke-negative og summen er ). Det betyr at , og tilsvarende for og . Dermed holder det å teste alle heltallige kombinasjoner av , og i intervallet — vi kan ikke gå glipp av noen løsninger ved å begrense søket slik.
Vi lager derfor et program med tre nøstede løkker, én for hver koordinat, som går gjennom alle disse kombinasjonene og teller opp hvor mange som tilfredsstiller likningen :
antall = 0for x in range(-3, 4): for y in range(-3, 4): for z in range(-3, 4): if x**2 + y**2 + z**2 == 9: antall = antall + 1print(antall)
Programmet skriver ut .
Kontroll for hånd. De heltallige løsningene av fordeler seg i to typer, avhengig av hvilke tall som kan kvadreres til ledd som summerer til :
og permutasjoner: . Det er plasseringer for tallet , hver med fortegnsvalg, som gir punkter.
og permutasjoner: . Det er plasseringer for tallet (de to andre blir ), og hver av de tre koordinatene kan ha uavhengig fortegn, som gir punkter.
Til sammen punkter, som stemmer med det programmet ga.
Svar: Kuleflata har punkt med heltallige koordinater.
Oppgave 2-4·Partikkel langs kurve og plan i rommet
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Posisjonen til en partikkel er gitt ved
a)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Bestem banefarten til partikkelen når .
Et plan er gitt ved
Det finnes fire verdier for som gjør at posisjonskurven til partikkelen tangerer . Hver av disse fire verdiene gir oss et punkt på kurven.
b)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Forklar hvorfor når svarer til et av de fire punktene.
c)Hjelpemiddelkrav: Oppsett for hånd
Bestem koordinatene til disse fire punktene.
Fasit
a)
b)
i tangeringspunktene
c)
LøsningsforslagKI-generert
a)
Posisjonsvektoren er , og farten til partikkelen er lengden av fartsvektoren .
Vi deriverer:
For :
Banefarten er
Svar:
b)
Planet har likning , altså normalvektor .
Der kurven tangerer planet, berører den planet uten å krysse gjennom det. Det betyr at tangentvektoren til kurven i tangeringspunktet ligger i planet, altså er parallell med planet — og dermed vinkelrett på planets normalvektor . Derfor må
i de fire tangeringspunktene.
(Alternativt: la være verdien av langs kurven. I et tangeringspunkt har et lokalt ekstremalpunkt, så der.)
c)
Vi setter opp skalarproduktet fra b):
Likningen som skal løses blir dermed
Vi løser likningen numerisk i CAS. I utklippet under ser du hele utregningen: linje 2 gir , linje 3 og 4 svaret på a), linje 5 skalarproduktet ovenfor, og linje 6–9 setter hver av de fire -verdiene inn i .
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Spillet «Hanois tårn» består av tre pinner og en mengde disker med ulik radius som skal tres på pinnene.
Når spillet starter, skal alle diskene være plassert på samme pinne. Ingen av diskene skal ha en større disk liggende oppå seg.
Målet er å flytte alle diskene over på én av de to ledige pinnene. Det er bare lov å flytte én disk av gangen. Diskene som ikke flyttes, må ligge på en pinne. Det er aldri lov å plassere en større disk oppå en mindre disk.
Det minste antallet forflytninger du må gjøre for å flytte disker kaller vi .
a)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Bestem .
Det er en rekursiv sammenheng mellom og .
b)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Bestem den rekursive sammenhengen. Bruk denne til å bestemme .
Det finnes også en eksplisitt formel for .
c)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Undersøk og finn denne formelen.
d)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Bevis formelen ved å bruke induksjon på antall disker .
Fasit
a)
b)
, ,
c)
d)
Bevist ved induksjon, se løsningsforslag.
LøsningsforslagKI-generert
a)
Med 3 disker må vi først flytte de 2 øverste diskene over på hjelpepinnen. Det tar 3 trekk (siden ). Deretter flytter vi den nederste (største) disken direkte til målpinnen — det er 1 trekk. Til slutt flytter vi de 2 diskene fra hjelpepinnen oppå den store disken på målpinnen, som igjen tar 3 trekk.
Totalt antall trekk blir da
b)
Samme resonnement som i a) gjelder for et vilkårlig antall disker . For å flytte disker fra startpinnen til målpinnen må vi
flytte de øverste diskene over på hjelpepinnen: trekk
flytte den største (nederste) disken direkte til målpinnen: trekk
flytte de diskene fra hjelpepinnen oppå den store disken på målpinnen: trekk
Dette gir den rekursive sammenhengen
Vi bruker sammenhengen til å regne oss trinnvis oppover til :
c)
Vi ser på verdiene vi fant i b):
Hvert tall er nøyaktig mindre enn en potens av :
Dette gir mistanke om den eksplisitte formelen
d)
Vi beviser formelen ved komplett induksjon på .
Grunntilfelle ():
Formelen stemmer for .
Induksjonshypotese: Anta at formelen er sann for et vilkårlig , altså at
Induksjonssteg: Vi skal vise at formelen da også er sann for . Fra den rekursive sammenhengen i b) har vi . Setter vi inn induksjonshypotesen får vi
Dette er nettopp formelen for .
Konklusjon: Siden formelen er sann for , og siden den er sann for hver gang den er sann for , følger det ved induksjon at
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Et glass er formet som en kjegle med høyde . Høyden i kjeglen danner en vinkel på med sideflaten i kjeglen. Glasset er fullt med vann. En kule med radius blir senket sakte ned i glasset. Se figuren til høyre.
a)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
Bestem hvor mye vann som vil renne over dersom .
b)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
Bestem slik at mest mulig vann renner ut av glasset.
Fasit
a)
b)
(gir maksimalt utløp )
LøsningsforslagKI-generert
Oppsett. Kjegleglasset har høyde , og aksen danner en vinkel med sideflaten (halv toppvinkel). Toppradiusen i glasset er da
Når en kule med radius senkes forsiktig ned langs aksen, vil den til slutt hvile mot kjegleveggen — den tangerer sideflaten. Sentrum i kula ligger da på aksen, i en høyde over kjeglespissen. Avstanden fra sentrum til sideflaten (langs normalen) er nettopp , og av trekantgeometrien i tverrsnittet får vi
Bunnen av kula ligger dermed i høyde over spissen. Vannet som renner over kanten, er volumet av den delen av kula som stikker under glassets rand, altså under høyde — dette er en kulekalott med høyde
Volumet av en kulekalott med høyde på en kule med radius er
a)
Med :
Bunnen av kula ligger da i høyde , mens toppen av kula () stikker godt over glasskanten. Bare den nedre delen av kula er altså nede i glasset, som en kulekalott med høyde
Volumet av vannet som renner over blir da
Svar: .
b)
Vi setter opp volumet som en funksjon av . Kalotthøyden er
og volumet av vannet som renner ut blir
For å finne som maksimerer , deriverer vi og løser i CAS. Se linje 1–5 i utklippet: linje 2 gir volumfunksjonen, linje 3 svaret på a), og linje 4 løser .
CAS gir to løsninger, og . Den siste er ikke fysisk mulig — en kule med radius er så stor at den ikke kommer ned i glasset i det hele tatt. Vi står igjen med
Kontroll: Kjeglens totale volum er
så et maksimalt utløp på er rimelig — det er mindre enn hele glassets volum.