דילוג לתוכן המרכזי

מתכונת במתמטיקה 472 - מתכונת 10 ברמת בגרות

4 יח"ל · שאלון 035472 · 5 שאלות · פתרון מלא לכל סעיף

מבחן מתכונת במבנה של שאלון 472 (4 יח"ל), ברמת בגרות: 5 שאלות, כל אחת בנויה כמו השאלה באותו מקום בבחינת הבגרות. לכל סעיף יש תשובה סופית ופתרון מלא, מוסבר צעד אחרי צעד. נסו לפתור לבד, ואז פתחו את הפתרון של השאלה.

שאלה 1 · סדרה הנדסית וחשבונית: הורדות אפליקציה ופרסום

חברה השיקה אפליקציה חדשה ועקבה אחר מספר ההורדות שלה במשך 6 שבועות. מספר ההורדות בכל שבוע היה גדול פי 3 ממספר ההורדות בשבוע שלפניו. ידוע כי בשני השבועות הראשונים הורידו את האפליקציה 480 פעמים סך הכול.

א.

מצאו כמה פעמים הורידו את האפליקציה בשבוע הראשון.

על כל הורדה של האפליקציה קיבלה החברה 5 שקלים.

ב.

מצאו את סך ההכנסות של החברה מהורדות האפליקציה במשך 6 השבועות.

החברה החליטה להשקיע רבע מכל ההכנסות האלה בפרסום, ופרסה את הסכום לכמה חודשים. בחודש הראשון השקיעה 550 שקלים, ובכל חודש שלאחר מכן השקיעה 150 שקלים יותר מבחודש שלפניו.

ג.

מצאו לכמה חודשים פרסה החברה את הסכום שהשקיעה בפרסום.

ד.

מצאו מהו הסכום שהשקיעה החברה בפרסום סך הכול בשני החודשים האמצעיים.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

סעיף א

תשובה:

120 הורדות

מספר ההורדות בכל שבוע גדול פי 3 מבשבוע שלפניו, לכן מספרי ההורדות יוצרים סדרה הנדסית עם q=3q=3.

נסמן ב-a1a_1 את מספר ההורדות בשבוע הראשון. בשבוע השני היו 3a13a_1 הורדות.

a1+3a1=480⇒4a1=480⇒a1=120a_1+3a_1=480\quad\Rightarrow\quad4a_1=480\quad\Rightarrow\quad a_1=120

בשבוע הראשון הורידו את האפליקציה 120 פעמים.

טעות נפוצה: לחלק את 480 ב-3 (את המנה) במקום ב-1+3=41+3=4.

סעיף ב

תשובה:

218,400 שקלים

מספר ההורדות בכל 6 השבועות הוא סכום 6 האיברים הראשונים בסדרה:

S6=a1(q6−1)q−1=120(36−1)3−1=120⋅7282=43,680S_6=\frac{a_1(q^6-1)}{q-1}=\frac{120(3^6-1)}{3-1}=\frac{120\cdot728}{2}=43{,}680

על כל הורדה התקבלו 5 שקלים:

43,680⋅5=218,40043{,}680\cdot5=218{,}400

סך ההכנסות הוא 218,400 שקלים.

טעות נפוצה: לכתוב במכנה q=3q=3 במקום q−1=2q-1=2, או לחשב 353^5 במקום 363^6.

סעיף ג

תשובה:

24 חודשים

הסכום לפרסום הוא רבע מההכנסות: 218,4004=54,600\frac{218{,}400}{4}=54{,}600 שקלים.

ההשקעות החודשיות יוצרות סדרה חשבונית עם a1=550a_1=550, d=150d=150, ומספר האיברים nn לא ידוע:

Sn=n2(2⋅550+150(n−1))=54,600S_n=\frac n2\left(2\cdot550+150(n-1)\right)=54{,}600
n(1100+150n−150)=109,200⇒150n2+950n−109,200=0n(1100+150n-150)=109{,}200\quad\Rightarrow\quad150n^2+950n-109{,}200=0

מחלקים ב-50: 3n2+19n−2184=03n^2+19n-2184=0.

n=−19±192+4⋅3⋅21846=−19±1636n=\frac{-19\pm\sqrt{19^2+4\cdot3\cdot2184}}{6}=\frac{-19\pm163}{6}

n=24n=24 או n=−913n=-\frac{91}{3}. מספר החודשים טבעי, לכן n=24n=24.

טעות נפוצה: להציב כסכום הסדרה את כל ההכנסות (218,400) או את מספר ההורדות (43,680), במקום רבע מההכנסות.

סעיף ד

תשובה:

4,550 שקלים

יש 24 חודשים, ולכן שני החודשים האמצעיים הם ה-12 וה-13.

a12=550+11⋅150=2200,a13=550+12⋅150=2350a_{12}=550+11\cdot150=2200,\qquad a_{13}=550+12\cdot150=2350
a12+a13=2200+2350=4550a_{12}+a_{13}=2200+2350=4550

בדיקה: a12+a13=a1+a24=2S2424=2⋅54,60024=4550a_{12}+a_{13}=a_1+a_{24}=\frac{2S_{24}}{24}=\frac{2\cdot54{,}600}{24}=4550.

בשני החודשים האמצעיים הושקעו 4,550 שקלים.

טעות נפוצה: לחשב a12=550+12⋅150a_{12}=550+12\cdot150, כלומר להוסיף dd פעם אחת יותר מדי.

שאלה 2 · וקטורים בפירמידה: ניצבות ושטח משולש (בסיס עם צלעות שונות)

בסרטוט שלפניכם פירמידה ABCSABCS. המקצוע ASAS מאונך למישור הבסיס ABCABC. הנקודה EE נמצאת על המקצוע BSBS כך ש-BE→=13BS→\overrightarrow{BE}=\frac13\overrightarrow{BS}. הנקודה FF היא אמצע המקצוע BCBC. נסמן: AB→=u‾\overrightarrow{AB}=\underline u, AC→=v‾\overrightarrow{AC}=\underline v, AS→=w‾\overrightarrow{AS}=\underline w.

uvwABCSEF
א.

הביעו באמצעות u‾\underline u, v‾\underline v ו-w‾\underline w את הווקטורים האלה: BC→\overrightarrow{BC}, BS→\overrightarrow{BS}, AE→\overrightarrow{AE}, AF→\overrightarrow{AF}.

נתון: ∣u‾∣=4|\underline u|=4, ∣v‾∣=8|\underline v|=8, ∣w‾∣=6|\underline w|=6, ∠BAC=120∘\angle BAC=120^\circ.

ב.

חשבו את נפח הפירמידה.

ג(1).

מצאו את הערך של u‾⋅v‾\underline u\cdot\underline v.

ג(2).

הוכיחו כי AE→\overrightarrow{AE} מאונך ל-AF→\overrightarrow{AF}.

ד(1).

מצאו את הערך של ∣AF→∣|\overrightarrow{AF}|.

ד(2).

חשבו את שטח המשולש EAFEAF.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

סעיף א

תשובה:

BC→=−u‾+v‾\overrightarrow{BC}=-\underline u+\underline v, BS→=−u‾+w‾\overrightarrow{BS}=-\underline u+\underline w, AE→=23u‾+13w‾\overrightarrow{AE}=\frac23\underline u+\frac13\underline w, AF→=12u‾+12v‾\overrightarrow{AF}=\frac12\underline u+\frac12\underline v

וקטור בין שתי נקודות הוא הסוף פחות ההתחלה, כששניהם יוצאים מ-AA:

BC→=AC→−AB→=−u‾+v‾,BS→=AS→−AB→=−u‾+w‾\overrightarrow{BC}=\overrightarrow{AC}-\overrightarrow{AB}=-\underline u+\underline v,\qquad\overrightarrow{BS}=\overrightarrow{AS}-\overrightarrow{AB}=-\underline u+\underline w

מ-AA הולכים ל-BB ואז שליש מהדרך מ-BB ל-SS:

AE→=u‾+13(−u‾+w‾)=23u‾+13w‾\overrightarrow{AE}=\underline u+\tfrac13(-\underline u+\underline w)=\tfrac23\underline u+\tfrac13\underline w

FF אמצע BCBC:

AF→=u‾+12(−u‾+v‾)=12u‾+12v‾\overrightarrow{AF}=\underline u+\tfrac12(-\underline u+\underline v)=\tfrac12\underline u+\tfrac12\underline v

טעות נפוצה: לכתוב AE→=13u‾+23w‾\overrightarrow{AE}=\frac13\underline u+\frac23\underline w - השליש הוא החלק מ-BB, ולכן המקדם של u‾\underline u הוא 1−131-\frac13.

סעיף ב

תשובה:

163≈27.7116\sqrt3\approx27.71

ASAS מאונך לבסיס, לכן הוא הגובה: h=6h=6.

SABC=12⋅4⋅8⋅sin⁡120∘=16⋅32=83S_{ABC}=\frac12\cdot4\cdot8\cdot\sin120^\circ=16\cdot\frac{\sqrt3}{2}=8\sqrt3
V=13⋅83⋅6=163≈27.71V=\frac13\cdot8\sqrt3\cdot6=16\sqrt3\approx27.71

טעות נפוצה: לשכוח את 13\frac13, או לחשב את שטח הבסיס כ-12⋅4⋅8\frac12\cdot4\cdot8 בלי הסינוס, כאילו הזווית ישרה.

סעיף ג(1)

תשובה:

u‾⋅v‾=−16\underline u\cdot\underline v=-16

u‾⋅v‾=∣u‾∣⋅∣v‾∣⋅cos⁡120∘=4⋅8⋅(−12)=−16\underline u\cdot\underline v=|\underline u|\cdot|\underline v|\cdot\cos120^\circ=4\cdot8\cdot\left(-\frac12\right)=-16

טעות נפוצה: לקבל +16+16 בגלל cos⁡120∘=12\cos120^\circ=\frac12; בזווית קהה הקוסינוס שלילי.

סעיף ג(2)

תשובה:

הוכחה: AE→⋅AF→=0\overrightarrow{AE}\cdot\overrightarrow{AF}=0

ASAS מאונך למישור הבסיס, ולכן w‾⋅u‾=0\underline w\cdot\underline u=0 ו-w‾⋅v‾=0\underline w\cdot\underline v=0. בנוסף u‾2=16\underline u^2=16.

AE→⋅AF→=(23u‾+13w‾)⋅(12u‾+12v‾)=13u‾2+13u‾⋅v‾+16w‾⋅u‾+16w‾⋅v‾\overrightarrow{AE}\cdot\overrightarrow{AF}=\left(\tfrac23\underline u+\tfrac13\underline w\right)\cdot\left(\tfrac12\underline u+\tfrac12\underline v\right)=\tfrac13\underline u^2+\tfrac13\underline u\cdot\underline v+\tfrac16\underline w\cdot\underline u+\tfrac16\underline w\cdot\underline v
=13⋅16+13⋅(−16)+0+0=0=\tfrac13\cdot16+\tfrac13\cdot(-16)+0+0=0

לכן AE→⊥AF→\overrightarrow{AE}\perp\overrightarrow{AF}.

טעות נפוצה: להציב u‾2=4\underline u^2=4 (האורך) במקום ∣u‾∣2=16|\underline u|^2=16.

סעיף ד(1)

תשובה:

∣AF→∣=12=23|\overrightarrow{AF}|=\sqrt{12}=2\sqrt3

∣AF→∣2=14(u‾+v‾)2=14(u‾2+2u‾⋅v‾+v‾2)=14(16−32+64)=12|\overrightarrow{AF}|^2=\tfrac14\left(\underline u+\underline v\right)^2=\tfrac14\left(\underline u^2+2\underline u\cdot\underline v+\underline v^2\right)=\tfrac14\left(16-32+64\right)=12
∣AF→∣=12=23|\overrightarrow{AF}|=\sqrt{12}=2\sqrt3

טעות נפוצה: לשכוח את האיבר 2u‾⋅v‾2\underline u\cdot\underline v ולקבל 20\sqrt{20}.

סעיף ד(2)

תשובה:

1033≈5.77\frac{10\sqrt3}{3}\approx5.77

לפי סעיף ג(2) הזווית EAFEAF ישרה, ולכן השטח הוא חצי מכפלת הניצבים AEAE ו-AFAF.

∣AE→∣2=(23u‾+13w‾)2=49⋅16+2⋅29⋅0+19⋅36=64+369=1009|\overrightarrow{AE}|^2=\left(\tfrac23\underline u+\tfrac13\underline w\right)^2=\tfrac49\cdot16+2\cdot\tfrac29\cdot0+\tfrac19\cdot36=\frac{64+36}{9}=\frac{100}{9}
∣AE→∣=103|\overrightarrow{AE}|=\frac{10}{3}
SEAF=12⋅103⋅23=1033≈5.77S_{EAF}=\frac12\cdot\frac{10}{3}\cdot2\sqrt3=\frac{10\sqrt3}{3}\approx5.77

טעות נפוצה: לחשב את ∣AE→∣|\overrightarrow{AE}| כ-23⋅4+13⋅6\frac23\cdot4+\frac13\cdot6 - אורך של סכום וקטורים אינו סכום האורכים.

שאלה 3 · גדילה ודעיכה: עצים נגועים בשלושה מטעים

לפניכם גרפים של שלוש פונקציות מעריכיות המתארות את מספר העצים הנגועים במזיק לפי ימים בשלושה מטעים.

הפונקציה המתארת את מספר העצים הנגועים בכל יום במטע א' היא P(t)=200⋅(1.15)tP(t)=200\cdot(1.15)^t, ובמטע ב' היא R(t)=40⋅(1.4)tR(t)=40\cdot(1.4)^t.

(ציר אופקי: מספר הימים; ציר אנכי: מספר העצים הנגועים.)

IIIIII
א.

התאימו לכל אחד מן המטעים א' וב' את גרף הפונקציה מבין הגרפים I-III. נמקו.

ב.

מה היה מספר העצים הנגועים במטע ב' לאחר 6 ימים?

ג.

חשבו לאחר כמה ימים מספר העצים הנגועים במטע א' ובמטע ב' היה שווה.

בזמן הבדיקה הראשונית של מטעים א' וב', במטע ג' מספר העצים הנגועים היה גדול פי 30 ממספר העצים הנגועים במטע ב', לכן הוחלט לרסס את מטע ג' בחומר הדברה, ומספר העצים הנגועים בו קטן באופן מעריכי. לאחר 6 ימים מספר העצים הנגועים במטע ג' היה שליש ממספר העצים הנגועים במטע ב'.

ד.

חשבו בכמה אחוזים ירד מספר העצים הנגועים בכל יום במטע ג'.

ה.

הוחלט לרסס מהאוויר כל מטע שבו מספר העצים הנגועים יהיה 800 או יותר. באילו מטעים ירססו מהאוויר במהלך 9 הימים מהבדיקה הראשונית? נמקו.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

סעיף א

תשובה:

מטע א' - גרף III; מטע ב' - גרף I

גרף II יורד - דעיכה, ושתי הפונקציות PP ו-RR עולות (בסיסים 1.15 ו-1.4). לכן גרף II אינו של מטע א' או ב'.

משווים ערכים התחלתיים: P(0)=200P(0)=200, R(0)=40R(0)=40. גרף III מתחיל גבוה יותר מגרף I, ולכן גרף III של מטע א' וגרף I של מטע ב'.

בדיקה: הבסיס של RR (1.4) גדול מזה של PP (1.15), ולכן גרף I עולה בתלילות ועוקף את גרף III - כמו בסרטוט.

טעות נפוצה: לשייך את מטע א' לגרף שגבוה בסוף הסרטוט (גרף I), כי המקדם שלו (200) גדול יותר, ואת מטע ב' לגרף III - התאמה הפוכה. בסוף הסרטוט גבוה דווקא הגרף של הבסיס הגדול (1.4), כלומר מטע ב'; ההתאמה נקבעת לפי הערך ההתחלתי.

סעיף ב

תשובה:

R(6)=40⋅1.46≈301R(6)=40\cdot1.4^6\approx301 עצים

מציבים t=6t=6:

R(6)=40⋅1.46=40⋅7.5295≈301R(6)=40\cdot1.4^6=40\cdot7.5295\approx301

טעות נפוצה: לחשב 40⋅1.4⋅640\cdot1.4\cdot6 - כאילו הגידול קבוע (קווי) ולא מעריכי.

סעיף ג

תשובה:

t≈8.18t\approx8.18, כלומר במהלך היום ה-9

200⋅1.15t=40⋅1.4t⇒(1.41.15)t=20040=5200\cdot1.15^t=40\cdot1.4^t\quad\Rightarrow\quad\left(\frac{1.4}{1.15}\right)^t=\frac{200}{40}=5
t=ln⁡5ln⁡1.41.15=1.60940.1967≈8.18t=\frac{\ln5}{\ln\frac{1.4}{1.15}}=\frac{1.6094}{0.1967}\approx8.18

המספרים השתוו לאחר כ-8.18 ימים, כלומר במהלך היום ה-9.

טעות נפוצה: לחסר בסיסים במקום לחלק אותם ((1.4−1.15)t(1.4-1.15)^t). מנה של שתי חזקות עם אותו מעריך היא חזקה של מנת הבסיסים.

סעיף ד

תשובה:

בכ-33.87%

בזמן הבדיקה הראשונית (t=0t=0):

Z(0)=30⋅R(0)=30⋅40=1200Z(0)=30\cdot R(0)=30\cdot40=1200

לאחר 6 ימים - שליש ממספר העצים במטע ב' (מסעיף ב):

Z(6)=13⋅R(6)=301.183≈100.39Z(6)=\frac13\cdot R(6)=\frac{301.18}{3}\approx100.39
1200⋅q6=100.39⇒q6=0.08366⇒q=0.083666≈0.66131200\cdot q^6=100.39\quad\Rightarrow\quad q^6=0.08366\quad\Rightarrow\quad q=\sqrt[6]{0.08366}\approx0.6613

בכל יום נשאר כ-66.13% מהעצים הנגועים, כלומר מספרם ירד בכ-33.87%.

טעות נפוצה: לקחת את "פי 30" כנתון על הערך לאחר 6 ימים, ולכתוב Z(6)=30⋅R(6)Z(6)=30\cdot R(6). היחס "פי 30" מתאר את הבדיקה הראשונית.

סעיף ה

תשובה:

במטע ב' (R(9)≈826R(9)\approx826) ובמטע ג' (כבר בהתחלה: 1,200); במטע א' לא (P(9)≈704P(9)\approx704)

במטעים א' וב' המספר עולה, ולכן הערך הגדול ביותר בתוך 9 הימים הוא ב-t=9t=9:

P(9)=200⋅1.159≈704<800,R(9)=40⋅1.49≈826≥800P(9)=200\cdot1.15^9\approx704<800,\qquad R(9)=40\cdot1.4^9\approx826\ge800

במטע ג' המספר יורד, ולכן הערך הגדול ביותר הוא בהתחלה: Z(0)=1200≥800Z(0)=1200\ge800.

לכן ירססו במטע ב' (כעבור t=ln⁡20ln⁡1.4≈8.9t=\frac{\ln20}{\ln1.4}\approx8.9 ימים) ובמטע ג' (כבר בבדיקה הראשונית), ולא במטע א'.

טעות נפוצה: לבדוק את מטע ג' רק בסוף 9 הימים (Z(9)≈29Z(9)\approx29) ולפסול אותו. בתהליך יורד הערך הגדול ביותר הוא בתחילת התקופה.

שאלה 4 · פונקציה ריבועית ב-ln x: פרמטר, חיתוכים, קיצון וערך מוחלט

נתונה הפונקציה f(x)=(ln⁡x)2−a⋅ln⁡x−3f(x)=(\ln x)^2-a\cdot\ln x-3, aa הוא פרמטר. אחת מנקודות החיתוך של גרף הפונקציה f(x)f(x) עם ציר ה-xx היא (e3,0)(e^3,0).

א.

מצאו את aa.

הציבו a=2a=2 בפונקציה f(x)f(x), וענו על הסעיפים ב-ו שלפניכם.

ב.

מצאו את תחום ההגדרה של הפונקציה f(x)f(x).

ג.

מצאו את שיעורי נקודת החיתוך האחרת של גרף הפונקציה f(x)f(x) עם ציר ה-xx.

ד.

מצאו את שיעורי נקודת הקיצון של הפונקציה f(x)f(x), וקבעו את סוגה.

ה.

סרטטו סקיצה של גרף הפונקציה f(x)f(x).

נתונה הפונקציה: g(x)=∣f(x)∣g(x)=|f(x)| המוגדרת באותו התחום שבו מוגדרת הפונקציה f(x)f(x).

ו.

סרטטו סקיצה של גרף הפונקציה g(x)g(x).

◂ פתרון מלא לשאלה 4

סעיף א

תשובה:

a=2a=2

f(e3)=0f(e^3)=0 ו-ln⁡e3=3\ln e^3=3:

9−3a−3=0⇒6=3a⇒a=29-3a-3=0\quad\Rightarrow\quad6=3a\quad\Rightarrow\quad a=2

טעות נפוצה: לכתוב ln⁡e3=e3\ln e^3=e^3 או ln⁡e3=1\ln e^3=1 - לוגריתם בבסיס ee של e3e^3 הוא המעריך 3.

סעיף ב

תשובה:

x>0x>0

הביטוי ln⁡x\ln x מוגדר רק ל-x>0x>0. תחום ההגדרה: x>0x>0.

טעות נפוצה: לכתוב "כל xx" כי (ln⁡x)2(\ln x)^2 "תמיד חיובי". הריבוע לא מרחיב את תחום ההגדרה של ln⁡x\ln x.

סעיף ג

תשובה:

(1e,0)(\frac1e,0)

t=ln⁡xt=\ln x: t2−2t−3=0t^2-2t-3=0, כלומר (t−3)(t+1)=0(t-3)(t+1)=0, t=3t=3 או t=−1t=-1.

t=3t=3 היא הנקודה הנתונה (e3,0)(e^3,0). t=−1t=-1: ln⁡x=−1\ln x=-1, x=e−1=1ex=e^{-1}=\frac1e.

נקודת החיתוך האחרת: (1e,0)(\frac1e,0).

טעות נפוצה: לפסול את t=−1t=-1 כי "לוגריתם לא יכול להיות שלילי". ln⁡x\ln x שלילי לכל 0<x<10<x<1 - פוסלים רק x≤0x\le0.

סעיף ד

תשובה:

מינימום (e,−4)(e,-4)

f′(x)=2ln⁡xx−2x=2ln⁡x−2xf'(x)=\frac{2\ln x}{x}-\frac2x=\frac{2\ln x-2}{x}

f′=0f'=0 כש-ln⁡x=1\ln x=1, כלומר x=ex=e.

ל-0<x<e0<x<e: f′<0f'<0; ל-x>ex>e: f′>0f'>0. לכן ב-x=ex=e מינימום.

f(e)=1−2−3=−4f(e)=1-2-3=-4

טעות נפוצה: לגזור −2ln⁡x-2\ln x כ-−2ln⁡x-\frac{2}{\ln x} במקום −2x-\frac2x.

סעיף ה

תשובה:

יורדת מ-+∞+\infty ליד x=0x=0, חותכת ב-(1e,0)(\frac1e,0), מינימום (e,−4)(e,-4), חותכת ב-(e3,0)(e^3,0) ועולה

כש-x→0+x\to0^+: ln⁡x→−∞\ln x\to-\infty, ולכן (ln⁡x)2−2ln⁡x→+∞(\ln x)^2-2\ln x\to+\infty. ציר ה-yy הוא אסימפטוטה אנכית.

הגרף יורד, חוצה את ציר ה-xx ב-(1e,0)(\frac1e,0) (משמאל ל-x=1x=1), עובר ב-(1,−3)(1,-3), מגיע למינימום (e,−4)(e,-4), עולה וחוצה ב-(e3,0)(e^3,0).

טעות נפוצה: לסמן את (1e,0)(\frac1e,0) מימין ל-x=1x=1. 1e≈0.37\frac1e\approx0.37.

סעיף ו

תשובה:

כמו ff מחוץ לקטע 1e<x<e3\frac1e<x<e^3; בתוכו החלק השלילי משתקף מעל ציר ה-xx: מקסימום (e,4)(e,4), וחודים ב-(1e,0)(\frac1e,0) וב-(e3,0)(e^3,0)

היכן ש-f≥0f\ge0 (0<x≤1e0<x\le\frac1e ו-x≥e3x\ge e^3): g=fg=f.

היכן ש-f<0f<0 (1e<x<e3\frac1e<x<e^3): משקפים ביחס לציר ה-xx. המינימום (e,−4)(e,-4) הופך למקסימום (e,4)(e,4).

בנקודות החיתוך הגרף נוגע בציר בחוד (מינימום של gg).

טעות נפוצה: לשקף את כל הגרף, כולל החלקים שכבר מעל הציר, ולקבל גרף הפוך.

שאלה 5 · חקירת מכפלה של x ו-ln: פרמטר משיפוע, זיהוי גרפים ושטח

נתונה הפונקציה f(x)=ax⋅ln⁡x3f(x)=ax\cdot\ln\frac x3, aa הוא פרמטר.

בסוף השאלה מופיעים ארבעה גרפים I-IV:

גרף I
גרף II
גרף III
גרף IV
א.

מצאו את תחום ההגדרה של הפונקציה f(x)f(x).

נתון כי שיפוע המשיק לגרף הפונקציה f(x)f(x) בנקודה שבה x=3ex=3e הוא −6-6.

ב.

מצאו את aa.

הציבו a=−3a=-3 בפונקציה f(x)f(x) וענו על הסעיפים ג-ו.

ג.

מצאו את שיעורי נקודת החיתוך של גרף הפונקציה f(x)f(x) עם ציר ה-x.

ד.

מצאו את שיעורי נקודת הקיצון של הפונקציה f(x)f(x), וקבעו את סוגה.

ה.

קבעו איזה מן הגרפים I-IV שבסוף השאלה מתאר את הפונקציה f(x)f(x), ואיזה מהם מתאר את פונקציית הנגזרת f′(x)f'(x). נמקו את קביעותיכם.

ו.

חשבו את השטח המוגבל על ידי גרף פונקציית הנגזרת f′(x)f'(x), על ידי הישר x=3ex=3e ועל ידי ציר ה-x.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

סעיף א

תשובה:

x>0x>0

ln⁡x3\ln\frac x3 מוגדר כאשר x3>0\frac x3>0, כלומר x>0x>0.

טעות נפוצה: לכתוב x>3x>3 - הלוגריתם מוגדר גם כשהוא שלילי (0<x3<10<\frac x3<1); הדרישה היא רק שהביטוי שבתוכו חיובי.

סעיף ב

תשובה:

a=−3a=-3

(ln⁡x3)′=1/3x/3=1x\left(\ln\frac x3\right)'=\frac{1/3}{x/3}=\frac1x, ולכן לפי כלל המכפלה:

f′(x)=aln⁡x3+ax⋅1x=a(ln⁡x3+1)f'(x)=a\ln\frac x3+ax\cdot\frac1x=a\left(\ln\frac x3+1\right)

ב-x=3ex=3e: ln⁡e=1\ln e=1, ולכן f′(3e)=2af'(3e)=2a.

2a=−6⇒a=−32a=-6\quad\Rightarrow\quad a=-3

טעות נפוצה: לגזור ln⁡x3\ln\frac x3 ל-3x\frac3x (הופכי של הביטוי שבתוך ה-ln⁡\ln בלי כלל השרשרת).

סעיף ג

תשובה:

(3,0)(3,0)

f(x)=−3xln⁡x3=0f(x)=-3x\ln\frac x3=0:

- −3x=0-3x=0, כלומר x=0x=0 - מחוץ לתחום, נפסל.

- ln⁡x3=0\ln\frac x3=0, כלומר x3=1\frac x3=1 ו-x=3x=3.

נקודת החיתוך: (3,0)(3,0).

טעות נפוצה: לפתור ln⁡x3=0\ln\frac x3=0 כ-x=0x=0 - ln⁡\ln מתאפס כשהביטוי שבתוכו שווה 1.

סעיף ד

תשובה:

מקסימום (3e,9e)\left(\frac3e,\frac9e\right)

f′(x)=−3(ln⁡x3+1)=0f'(x)=-3\left(\ln\frac x3+1\right)=0:

ln⁡x3=−1⇒x3=e−1⇒x=3e\ln\frac x3=-1\quad\Rightarrow\quad\frac x3=e^{-1}\quad\Rightarrow\quad x=\frac3e
f(3e)=−3⋅3e⋅ln⁡1e=−9e⋅(−1)=9e≈3.31f\left(\tfrac3e\right)=-3\cdot\frac3e\cdot\ln\frac1e=-\frac9e\cdot(-1)=\frac9e\approx3.31

ln⁡x3+1\ln\frac x3+1 עולה, והמקדם −3-3 שלילי, ולכן f′f' חיובית משמאל ל-3e\frac3e ושלילית מימין: עלייה ואחריה ירידה - מקסימום.

טעות נפוצה: לקבוע "מינימום" כמו בפונקציה xln⁡xx\ln x - המקדם השלילי a=−3a=-3 הופך את סימן הנגזרת.

סעיף ה

תשובה:

גרף IV: f(x)f(x); גרף I: f′(x)f'(x)

הגרף של ff: תחום x>0x>0 עם נקודה ריקה בראשית, מקסימום חיובי ב-x=3ex=\frac3e, וחיתוך עם ציר ה-x ב-x=3x=3 מימין למקסימום. כך נראה גרף IV. בגרף II יש מינימום, וגרפים I ו-III שואפים לאינסוף ליד ציר ה-y.

הגרף של f′f': f′(x)=−3ln⁡x3−3f'(x)=-3\ln\frac x3-3. כאשר x→0+x\to0^+, ln⁡x3→−∞\ln\frac x3\to-\infty ולכן f′→+∞f'\to+\infty; היא יורדת בכל התחום ומתאפסת ב-x=3ex=\frac3e - חיובית איפה ש-ff עולה ושלילית איפה שהיא יורדת. כך נראה גרף I. גרף III עולה - הוא מתאים לנגזרת של פונקציה עם מינימום.

טעות נפוצה: לבחור בגרף III לנגזרת כי "נגזרת של ln⁡\ln נראית כמו ln⁡\ln עולה". המקדם השלילי הופך אותה ליורדת.

סעיף ו

תשובה:

9e+9e≈27.789e+\frac9e\approx27.78

גרף f′f' חותך את ציר ה-x ב-x=3ex=\frac3e, ומימין לנקודה זו הוא מתחת לציר. לכן השטח הוא הערך המוחלט של האינטגרל בין 3e\frac3e ל-3e3e:

∫3/e3ef′(x) dx=f(3e)−f(3e)\int_{3/e}^{3e}f'(x)\,dx=f(3e)-f\left(\tfrac3e\right)
f(3e)=−3⋅3e⋅ln⁡e=−9e,f(3e)=9ef(3e)=-3\cdot3e\cdot\ln e=-9e,\qquad f\left(\tfrac3e\right)=\frac9e
∫3/e3ef′(x) dx=−9e−9e⇒S=9e+9e≈24.46+3.31≈27.78\int_{3/e}^{3e}f'(x)\,dx=-9e-\frac9e\quad\Rightarrow\quad S=9e+\frac9e\approx24.46+3.31\approx27.78

טעות נפוצה: לענות שטח שלילי (−27.78-27.78). כשהגרף מתחת לציר האינטגרל שלילי, והשטח הוא הערך המוחלט שלו.

כל האתר במבט אחד

קיצורי דרך לכל הכלים, הבגרויות והקורסים

GuyAI הוא המורה הפרטי המתקדם בישראל, המבוסס על מודלי הבינה המלאכותית החזקים בעולם בשילוב הידע הפדגוגי של GOOL. המערכת מספקת פתרונות לכל המקצועות ולכל הרמות - מיסודי ועד אקדמיה, וממתמטיקה ועד היסטוריה.