Tredjegradsfunksjon drøfting og tangentskjæring

Del 2, alle hjelpemidler

Tredjegradsfunksjon drøfting og tangentskjæring

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Funksjonen f er gitt ved

f(x)=x3−4x2+4x,x∈⟨−1,3⟩
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Bestem nullpunktene til f ved regning. Forklar hvordan vi av utregningen kan se at grafen til f tangerer x-aksen i ett av nullpunktene.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Tegn fortegnslinjen til f′, og bruk denne til å bestemme eventuelle topp- og bunnpunkter på grafen til f.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Tegn fortegnslinjen til f′′, og bruk denne til å bestemme eventuelle vendepunkter på grafen til f.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Vis ved regning at likningen til tangenten i punktet P(1,f(1)) er gitt ved

y=−x+2
Hjelpemiddelkrav: For hånd

Tegn grafen til f og tangenten i samme koordinatsystem.

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Grafen til f skjærer tangenten i et annet punkt Q.

Forklar at x-verdien til Q kan bestemmes av likningen

x3−4x2+5x−2=0

Bestem koordinatene til Q.

Fasit

x=0 og x=2 (dobbel rot i x=2)

Toppunkt (23,3227), bunnpunkt (2,0)

Vendepunkt (43,1627)

Vist ved regning

Se graf

Q(2,0)

LøsningsforslagKI-generert

Vi faktoriserer f(x) ved å sette x utenfor parentes:

f(x)=x3−4x2+4x=x(x2−4x+4)

Uttrykket i parentesen er et fullstendig kvadrat, x2−4x+4=(x−2)2, slik at

f(x)=x(x−2)2

Nullpunktene finner vi ved å sette hver faktor lik null:

x=0eller(x−2)2=0⇒x=2

Grafen til f har altså nullpunkter i x=0 og x=2.

I x=2 opptrer faktoren (x−2) i andre potens (dobbel rot). Det betyr at f(x)≥0 på begge sider av x=2 (faktoren (x−2)2 er aldri negativ, og x>0 nær x=2), slik at grafen ikke skifter fortegn der. Dette er nettopp kjennetegnet på at grafen tangerer x-aksen i x=2, i stedet for å skjære den.

Vi deriverer f:

f′(x)=3x2−8x+4

Nullpunktene til f′ finner vi med abc-formelen (bekreftet med CAS, se r1-h11-2-2-cas2.png):

f′(x)=0⇒x=23∨x=2

Siden f′ er en oppoverbøyd parabel (positiv ledende koeffisient), er f′(x)>0 utenfor røttene og f′(x)<0 mellom røttene. Fortegnslinjen til f′ på ⟨−1,3⟩ blir da:

Fortegnslinje for f'(x) med sjablongkurve for f(x)

Dette gir toppunkt i x=23 og bunnpunkt i x=2. Vi regner ut funksjonsverdiene:

f(23)=23(23−2)2=3227
f(2)=2⋅(2−2)2=0

Grafen til f har altså toppunkt (23,3227) og bunnpunkt (2,0).

Vi deriverer f′ for å finne f′′:

f′′(x)=6x−8

Nullpunktet til f′′ er

f′′(x)=0⇒x=43

Siden f′′ er en rett linje med positiv stigning, er f′′(x)<0 for x<43 og f′′(x)>0 for x>43:

Fortegnslinje for f''(x)

Funksjonsverdien i vendepunktet er

f(43)=43(43−2)2=1627

Grafen til f har altså vendepunkt i (43,1627).

Alle deriverte og nullpunkter over er bekreftet med CAS, se skjermbildet under.

CAS-utregning av faktorisering, deriverte og nullpunkter

Vi trenger f(1) og f′(1). Fra f(x)=x3−4x2+4x og f′(x)=3x2−8x+4:

f(1)=13−4⋅12+4⋅1=1
f′(1)=3⋅12−8⋅1+4=−1

Tangentlikningen i punktet P(1,f(1))=P(1,1) er gitt ved y=f(1)+f′(1)(x−1):

y=1+(−1)(x−1)=1−x+1=−x+2

Vi har dermed vist at tangenten i P er y=−x+2.

Grafen til f (grønn) og tangenten t(x)=−x+2 (rød) er tegnet i GeoGebra, med P(1,1) og Q(2,0) markert:

Graf til f og tangenten t, med punktene P og Q

Skjæringspunktene mellom f og tangenten t finner vi ved å løse f(x)=t(x):

x3−4x2+4x=−x+2

Vi flytter alt over på venstre side:

x3−4x2+4x+x−2=0⇔x3−4x2+5x−2=0

Dette er likningen som skal løses for å finne x-verdien til Q.

Siden P(1,1) er et tangeringspunkt, må x=1 være en dobbeltrot i likningen. CAS gir faktoriseringen (se r1-h11-2-2-cas.png)

x3−4x2+5x−2=(x−1)2(x−2)

med løsninger x=1 (dobbel, svarer til P) og x=2 (svarer til Q). Vi setter x=2 inn i f (eller t):

f(2)=23−4⋅22+4⋅2=0

Skjæringspunktet er dermed Q(2,0) — som vi kjenner igjen som nullpunktet der grafen tangerer x-aksen fra a).

CAS-utregning av faktorisering og løsning av tredjegradslikningen

Sensorveiledning

Oppgaven gir til sammen 12 poeng

2 poeng

For å begrunne at x-aksen er tangent er det nok å bemerke at x=2 er dobbelt nullpunkt.

2 poeng

Fortegnslinjen til f′ alene er tilstrekkelig begrunnelse for topp- og bunnpunkter. Punktene må gis ved både x- og y-koordinat. Eksakte verdier er ønskelig, men ikke nødvendig.

2 poeng

Fortegnslinjen til f′′ er tilstrekkelig begrunnelse for vendepunkt. Ellers samme kommentar som i oppgave 2b.

2 poeng

Løsning ved bruk av CAS godtas.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i matematikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt