Stykkevis funksjon og deriverbarhet

Stykkevis funksjon og deriverbarhet

Funksjonen ff er gitt ved

f(x)={ax+bx22x3+2x22x2<x<kcxkder a,b,cR og k2,f(x) = \begin{cases} ax + b & x \le -2 \\ 2x^3 + 2x^2 - 2x \quad & -2 < x < k \\ c & x \ge k \end{cases} \quad \text{der } a, b, c \in \mathbb{R} \text{ og } k \in \langle -2, \rightarrow \rangle

Avgjør om ff er kontinuerlig når x=2x = -2 dersom a=2a = 2 og b=2b = -2.

Bestem aa, bb, cc og kk slik at ff er kontinuerlig og deriverbar når x=2x = -2 og når x=kx = k.

Fasit

Ikke kontinuerlig (f(2)=6f(-2) = -6, midtdel 4\to -4)

a=14a = 14, b=24b = 24. Enten k=13k = \frac{1}{3}, c=1027c = -\frac{10}{27} eller k=1k = -1, c=2c = 2

Løsningsforslag

Vi undersøker om ff er kontinuerlig i x=2x = -2 med a=2a = 2 og b=2b = -2.

Venstresiden (x2x \le -2): f(2)=2(2)+(2)=6f(-2) = 2(-2) + (-2) = -6

Høyresiden (2<x-2 < x): limx2+f(x)=2(2)3+2(2)22(2)=16+8+4=4\lim_{x \to -2^+} f(x) = 2(-2)^3 + 2(-2)^2 - 2(-2) = -16 + 8 + 4 = -4

Siden 64-6 \neq -4 er ikke grenseverdien lik funksjonsverdien, og ff er ikke kontinuerlig i x=2x = -2.

Kontinuitet og deriverbarhet i x=2x = -2:

Middeldelen i x=2x = -2 gir (som beregnet ovenfor):

limx2+f(x)=2(2)3+2(2)22(2)=4\lim_{x \to -2^+} f(x) = 2(-2)^3 + 2(-2)^2 - 2(-2) = -4

Venstresiden: f(2)=2a+bf(-2) = -2a + b.

Krav om kontinuitet: 2a+b=4-2a + b = -4 … (1)

For deriverbarhet: middeldelen har f(x)=6x2+4x2f'(x) = 6x^2 + 4x - 2, som gir f(2)=64+4(2)2=14f'(-2) = 6 \cdot 4 + 4 \cdot (-2) - 2 = 14. Venstresiden har f(x)=af'(x) = a.

Krav om deriverbarhet: a=14a = 14 … (2)

Fra (1) og (2): 214+b=4    b=24-2 \cdot 14 + b = -4 \implies b = 24.

Kontinuitet og deriverbarhet i x=kx = k:

Middeldelen i x=kx = k: f(k)=2k3+2k22kf(k) = 2k^3 + 2k^2 - 2k, og høyresiden er konstanten cc.

Krav om kontinuitet: c=2k3+2k22kc = 2k^3 + 2k^2 - 2k … (3)

For deriverbarhet: høyresiden har f(x)=0f'(x) = 0. Middeldelen: f(k)=6k2+4k2f'(k) = 6k^2 + 4k - 2.

Krav om deriverbarhet: 6k2+4k2=0    3k2+2k1=0    (3k1)(k+1)=06k^2 + 4k - 2 = 0 \implies 3k^2 + 2k - 1 = 0 \implies (3k-1)(k+1) = 0

k=13ellerk=1k = \frac{1}{3} \quad \text{eller} \quad k = -1

Begge verdiene er i 2,\langle -2, \rightarrow \rangle. Vi beregner cc for begge:

  • k=13k = \dfrac{1}{3}: c=2127+219213=227+6271827=1027c = 2 \cdot \dfrac{1}{27} + 2 \cdot \dfrac{1}{9} - 2 \cdot \dfrac{1}{3} = \dfrac{2}{27} + \dfrac{6}{27} - \dfrac{18}{27} = -\dfrac{10}{27}

  • k=1k = -1: c=2(1)3+2(1)22(1)=2+2+2=2c = 2(-1)^3 + 2(-1)^2 - 2(-1) = -2 + 2 + 2 = 2

Svar:

a=14b=24\underline{\underline{a = 14 \wedge b = 24}}

og enten k=13, c=1027\underline{\underline{k = \dfrac{1}{3},\ c = -\dfrac{10}{27}}} eller k=1, c=2\underline{\underline{k = -1,\ c = 2}}.


Sensorveiledning

For å få full uttelling må kandidatene kommunisere godt med et matematisk språk.

Kandidater som finner to av verdiene kan få 1 poeng. Kandidatene må finne begge sett med verdier for å få 2 poeng.