Analysere og tolke ulike funksjoner ved å bruke derivasjon og integrasjon
Oppgave 1-6:Logistisk vekstmodell for gås
På en øy er hekkebestanden h til en type gås t år etter at en telling startet, gitt ved
h(t)=1+a⋅e−0,0693t100
Du får oppgitt at h(0)=20 og h′′(20)=0
a)
Bestem tallet a.
b)
Hvilken informasjon gir tallet 100 i denne modellen?
c)
Når øker hekkebestanden raskest?
Fasit
a)
a=4
b)
100 er bæreevnen (øvre grense for hekkebestanden)
c)
Etter 20 år
LøsningsforslagKI-generert
a)
Vi setter t=0 inn i h(t)=1+a⋅e−0,0693t100:
h(0)=1+a⋅e0100=1+a100=201+a=5⟹a=4b)
Tallet 100 er bæreevnen for hekkebestanden. Når t→∞, nærmer h(t) seg 100. Det betyr at øya kan opprettholde en hekkebestand på maksimalt omtrent 100 gjess.
c)
Hekkebestanden øker raskest i vendepunktet, der h′′(t)=0. Oppgaven opplyser at h′′(20)=0.
For en logistisk funksjon inntreffer vendepunktet når h(t)=2N=50.
Hekkebestanden øker raskest etter 20 år.
Oppgavedata
Poeng
3
Temaer
logistisk funksjon, modellering
Kompetansemål
Modellere og analysere eksponentiell og logistisk vekst i reelle datasett
Oppgave 1-7:Insektskader på epletrær
En bestemt type insekt kan skade barken på et epletre.
La X være antall skader som slike insekter har påført barken på et tilfeldig valgt epletre. På en bestemt eplegård er sannsynlighetsfordelingen til X gitt i tabellen nedenfor.
k
0
1
2
3
4
P(X=k)
0,45
0,30
0,10
0,10
0,05
a)
Bestem forventningsverdien E(X). Hva forteller E(X) oss i denne situasjonen?
b)
Vis at Var(X)=1,4.
På eplegården velger vi tilfeldig ut 400 epletrær og nummererer dem fra 1 til 400. Vi lar Xi være antall insektskader på tre nummer i. Vi antar at Xi-ene er uavhengige.
Det totale antallet insektskader som finnes på de 400 trærne, er da gitt ved den stokastiske variabelen
S=X1+X2+⋯+X400c)
Begrunn at S er tilnærmet normalfordelt.
Bestem E(S) og Var(S).
Ved tilsyn på en eplegård blir 50 tilfeldig valgte trær kontrollert. Dersom det i gjennomsnitt er mer enn 1,2 skader per tre, får eplegården pålegg om å sette i verk tiltak.
På en bestemt eplegård er Y det totale antallet insektskader på 50 tilfeldig valgte trær. Egne undersøkelser viser at μY=50 og σY=8.
d)
Bestem sannsynligheten for at denne eplegården må sette i verk tiltak dersom de får tilsyn.
Ifølge sentralgrensesetningen er S=X1+X2+⋯+X400 tilnærmet normalfordelt når n=400 er tilstrekkelig stort (og Xi-ene er uavhengige og identisk fordelt).
Analysere og tolke ulike funksjoner ved å bruke derivasjon og integrasjon
Oppgave 2-3:Løpstid til Krigsskolen
Denne oppgaven handler om gutter som søker opptak på Krigsskolen.
Vi lar X være tiden en tilfeldig valgt gutt bruker når han løper 3000 meter. Vi antar at X er normalfordelt. Forventningsverdien er 12 minutter og 43 sekunder. Standardavviket er 54 sekunder.
Et av kravene for å komme inn på Krigsskolen er at man løper 3000 meter på under 13 minutter.
a)
Bestem sannsynligheten for at en tilfeldig valgt gutt greier tidskravet på 3000-metersløpet.
Pål har som mål å være blant de 5 prosent raskeste på 3000-metersløpet.
b)
Hvor lang tid kan han høyst bruke hvis han skal nå dette målet?
Et spesielt treningsprogram ser ut til å ha god effekt på hvor raskt man løper 3000 meter. Vi ønsker å utføre en hypotesetest for å finne ut om treningsprogrammet har så god effekt som man tror.
Vi velger tilfeldig ut 25 gutter som søker opptak til Krigsskolen, og lar dem gjennomføre programmet før de skal løpe 3000-metersløpet.
c)
Sett opp en hypotesetest som kan brukes i denne situasjonen.
Gjennomsnittstiden blir 12 minutter og 27 sekunder. Vi regner fortsatt at standardavviket er 54 sekunder for løpstiden til en tilfeldig gutt som søker opptak.
d)
Utfør hypotesetesten, og bruk den til å avgjøre om det er grunnlag for å si at treningsprogrammet har god effekt. Bruk et signifikansnivå på 5 prosent.
Fasit
a)
P≈0,624
b)
Ca. 11 min 14 s
c)
Se løsningsforslag
d)
p-verdi ≈0,069. Ikke grunnlag for å forkaste H0.
LøsningsforslagKI-generert
a)
X er normalfordelt med μ=12 min 43 s=763 s og σ=54 s.
Tidskravet er 13 min =780 s. Vi standardiserer:
z=54780−763≈0,31P(X<780)=Φ(0,31)≈0,624b)
Vi trenger P(X<t)=0,05:
z=Φ−1(0,05)≈−1,645t=763+(−1,645)⋅54≈674 s≈11 min 14 sc)
Hypoteser:
H0: μ=763 s (treningsprogrammet har ingen effekt)
H1: μ<763 s (treningsprogrammet gir lavere løpstid)
Vi bruker en venstresidig test med signifikansnivå α=0,05.
Testobservator: Z=σ/nXˉ−μ0
d)
Gjennomsnittstiden er Xˉ=12 min 27 s=747 s, med n=25 og σ=54 s.
z=54/25747−763=10,8−16≈−1,48
p-verdien: P(Z<−1,48)≈0,069.
Siden p=0,069>0,05=α, forkaster vi ikkeH0.
Det er ikke grunnlag for å si at treningsprogrammet har signifikant effekt på signifikansnivå 5 %.
Oppgavedata
Poeng
6
Temaer
normalfordeling, hypotesetest
Kompetansemål
Argumentere for sentralgrensesetningen og utforske og tolke praktiske situasjoner ved hjelp av normalfordelingen
Gjennomføre hypotesetesting i reelle datasett og tolke resultatet
Oppgave 2-4:Lønnsøkning og videreutdanning
Svein jobber som lærer. I 2019 har han en årslønn på 478 400 kroner. Han regner med å få en årlig lønnsøkning på 4,0 % per år i årene framover.
a)
Vis at Sveins samlede inntekt i årene 2020–2029 da vil bli i overkant av 5,97 millioner kroner.
Svein vurderer å videreutdanne seg i årene 2020 og 2021. Han vil da ikke ha noen inntekt disse to årene. Han regner så med å få en årslønn på 574 000 kroner i 2022 og en årlig lønnsøkning på 4,0 % hvert år etterpå.
b)
Bestem den samlede inntekten i årene 2020–2029 dersom han tar videreutdanningen.
Selv om han vil få høyere årslønn dersom han tar videreutdanning, vil det ta noen år før den samlede inntekten i årene etter 2019 blir større enn om han ikke tar videreutdanning.
c)
Bruk CAS til å bestemme hvor lenge han må jobbe etter at han er ferdig med videreutdanningen, for at den samlede inntekten fra og med 2020 skal bli minst like stor som om han ikke tar videreutdanning.
Fasit
a)
Se løsningsforslag
b)
≈5289000 kr
c)
Etter 20 år (i 2041)
LøsningsforslagKI-generert
a)
Svein har årslønn 478400⋅1,04n kroner i år 2019+n.
Samlet inntekt 2020–2029 er en geometrisk rekke med a1=478400⋅1,04 og k=1,04, 10 ledd:
s10=478400⋅1,04⋅1,04−11,0410−1≈5973471 kr
som er i overkant av 5{,}97 millioner kroner. ✓
b)
Med videreutdanning har Svein ingen inntekt i 2020–2021. Fra 2022 tjener han 574000⋅1,04n der n=0,1,…,7 for årene 2022–2029.
Geometrisk rekke med a1=574000, k=1,04, 8 ledd:
s8=574000⋅1,04−11,048−1≈5289000 krc)
Vi definerer samlede inntekter som funksjoner i CAS:
Uten videreutdanning (linje 1–2): Suten(n)=478400⋅1,04⋅0,041,04n−1
Med videreutdanning (linje 3–4): Smed(n)=574000⋅0,041,04n−2−1
Vi bruker CAS til å finne det minste heltallet n slik at Smed(n)≥Suten(n), og finner at dette inntreffer for n=22, altså i år 2041.
Svein må jobbe i 20 år etter videreutdanningen for at det skal lønne seg.
Oppgavedata
Poeng
6
Temaer
rekker, geometrisk vekst, økonomi
Kompetansemål
Utforske egenskaper ved ulike rekker og gjøre rede for praktiske anvendelser av egenskaper ved rekker