Matura poprawkowa – Matematyka – Sierpień 2010

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy wyznaczysz miejsca zerowe, a w dalszej części zadania popełnisz błędy (patrz: Krok 1.).
ALBO
• Gdy błędnie wyznaczysz miejsca zerowe funkcji (np. w wyniku błędu rachunkowego przy liczeniu delty), ale dalszy tok rozwiązywania będzie poprawny.
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik (w postaci zapisanego przedziału lub w formie graficznej).

Krok 1. Obliczenie miejsc zerowych wielomianu.
Współczynniki: \(a=1,\;b=-14,\;c=24\)
$$Δ=b^2-4ac=(-14)^2-4\cdot1\cdot24=196-96=100 \\
\sqrt{Δ}=\sqrt{100}=10$$

$$x_{1}=\frac{-b-\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-(-14)-10}{2\cdot1}=\frac{14-10}{2}=\frac{4}{2}=2 \\
x_{2}=\frac{-b+\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-(-14)+10}{2\cdot1}=\frac{14+10}{2}=\frac{24}{2}=12$$

Krok 2. Szkicowanie wykresu paraboli.
Ustalmy sobie na początek kształt tej paraboli. Z racji tego iż współczynnik \(a\) jest dodatni, to na pewno ramiona tej paraboli będą skierowane do góry. Zaznaczamy więc na osi miejsca zerowe obliczone przed chwilą i szkicujemy parabolę:



Kropki są niezamalowane, bo w nierówności wystąpił znak \(\gt\).

Krok 3. Odczytanie rozwiązania.
Patrzymy w których miejscach funkcja przyjmuje wartości większe od zera, czyli dla jakich przedziałów wykres znalazł się nad osią.
$$x\in(-\infty;2)\cup(12;+\infty)$$

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy pogrupujesz wyrazy i wyłączysz odpowiednie czynniki przed nawias w taki sposób, że w nawiasach jest jednakowa wartość, dzięki której można szybko przejść do postaci iloczynowej albo wręcz doprowadzisz równanie do postaci iloczynowej (patrz: Krok 1.).
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.

Krok 1. Wyłączenie odpowiednich czynników przed nawias i zapisanie równania w postaci iloczynowej.
$$x^3-3x^2+2x-6=0 \\
x^2(x-3)+2(x-3)=0 \\
(x^2+2)(x-3)=0$$

Krok 2. Wyznaczenie rozwiązań z postaci iloczynowej.
$$x^2+2=0 \quad\lor\quad x-3=0 \\
x^2=-2 \quad\lor\quad x=3$$

Z racji tego iż nie istnieje żadna liczba, która podniesiona do kwadratu dałaby wartość ujemną, to jedynym rozwiązaniem tego równania pozostaje \(x=3\).

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy zapiszesz odpowiednie równanie (lub układ równań) korzystając ze wzoruna sumę \(n\)-tych wyrazów i/lub ewentualnie ze wzoru ogólnego ciągu arytmetycznego i na tym zakończysz rozwiązywanie zadania albo popełnisz błąd w obliczeniach.
ALBO
• Gdy metodą prób i błędów uda Ci się dojść jaki jest pierwszy wyraz ciągu i nie zaprezentujesz jakichkolwiek obliczeń.
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.

Korzystając ze wzoru na sumę \(n\)-tych wyrazów i podstawiając dane z treści zadania możemy obliczyć wartość pierwszego wyrazu tego ciągu:
$$S_{n}=\frac{a_{1}+a_{n}}{2}\cdot n \\
S_{5}=\frac{a_{1}+a_{5}}{2}\cdot5 \\
70=\frac{a_{1}+26}{2}\cdot5 \\
14=\frac{a_{1}+26}{2} \\
28=a_{1}+26 \\
a_{1}=2$$

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy zapiszesz odpowiednie równanie okręgu z wykorzystaniem danych z treści zadania, bez poprawnego obliczenia długości promienia (patrz: Krok 1.)
ALBO
• Gdy obliczysz dowolnym sposobem długość promienia, ale nie zapiszesz poprawnie równania okręgu (patrz: Krok 2.)
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.

Krok 1. Zapisanie wzoru na równanie okręgu.
Równanie okręgu o promieniu \(r\) i środku \(S=(a;b)\) możemy zapisać jako:
$$(x-a)^2+(y-b)^2=r^2$$

W treści zadania mamy podane współrzędne środka tego okręgu, więc możemy od razu te dane wstawić do naszego wzoru, otrzymując postać:
$$(x-4)^2+(y-(-2))^2=r^2 \\
(x-4)^2+(y+2)^2=r^2$$

Krok 2. Wyznaczenie promienia okręgu.
Tak naprawdę powyższy wzór byłby kompletnym rozwiązaniem, gdybyśmy tylko znali długość promienia. Aby ją poznać musimy skorzystać ze współrzędnych punktu, przez który ten okrąg przechodzi. Z treści zadania wynika, że nasz okrąg przechodzi przez punkt \((0;0)\), zatem do wzoru z pierwszego kroku musimy podstawić \(x=0\) oraz \(y=0\):
$$(0-4)^2+(0+2)^2=r^2 \\
(-4)^2+(2)^2=r^2 \\
16+4=r^2 \\
r^2=20$$

To oznacza, że poszukiwanym równaniem jest:
$$(x-4)^2+(y+2)^2=20$$

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy obliczysz poszczególne długości boków (patrz: Krok 1.) i nie udowodnisz (np. korzystając z Twierdzenia Pitagorasa), że jest to trójkąt prostokątny.
ALBO
• Gdy obliczysz współczynniki kierunkowe prostych będących przyprostokątnymi (czyli \(AB\) oraz \(BC\).
2 pkt
• Udowodnisz tezę korzystając z Twierdzenia Pitagorasa albo za pomocą jakiejkolwiek innej metody (np. udowadniając że iloczyn współczynników kierunkowych prostych będących przyprostokątnymi jest równy \(-1\)).
ALBO
• Udowodnisz tezę za pomocą bardzo dokładnego rysunku w układzie współrzędnych.

W tym zadaniu wykorzystamy wzór na długość odcinka w układzie współrzędnych:
$$|AB|=\sqrt{(x_{B}-x_{A})^2+(y_{B}-y_{A})^2}$$
W ten sposób obliczymy długości trzech odcinków: \(AB\), \(AC\) oraz \(BC\), a następnie za pomocą Twierdzenia Pitagorasa sprawdzimy, czy rzeczywiście będzie to trójkąt prostokątny.

Krok 1. Obliczenie długości boków \(AB\), \(AC\) oraz \(BC\).
$$|AB|=\sqrt{(x_{B}-x_{A})^2+(y_{B}-y_{A})^2} \\
|AB|=\sqrt{(1-3)^2+(2-8)^2} \\
|AB|=\sqrt{(-2)^2+(-6)^2} \\
|AB|=\sqrt{4+36} \\
|AB|=\sqrt{40}$$
$$|AC|=\sqrt{(x_{C}-x_{A})^2+(y_{C}-y_{A})^2} \\
|AC|=\sqrt{(6-3)^2+(7-8)^2} \\
|AC|=\sqrt{3^2+(-1)^2} \\
|AC|=\sqrt{9+1} \\
|AC|=\sqrt{10}$$
$$|BC|=\sqrt{(x_{C}-x_{B})^2+(y_{C}-y_{B})^2} \\
|BC|=\sqrt{(6-1)^2+(7-2)^2} \\
|BC|=\sqrt{5^2+5^2} \\
|BC|=\sqrt{25+25} \\
|BC|=\sqrt{50}$$

Krok 2. Sprawdzenie, czy trójkąt \(ABC\) jest prostokątny.
Jeśli trójkąt jest prostokątny to długości jego boków spełniają równanie wynikające z Twierdzenia Pitagorasa, zatem:
$$|AB|^2+|AC|^2=|BC|^2 \\
(\sqrt{40})^2+(\sqrt{10})^2=(\sqrt{50})^2 \\
40+10=50 \\
50=50 \\
L=P$$

Skoro lewa i prawa strona równania są sobie równe, to znaczy że długości boków spełniają Twierdzenie Pitagorasa, zatem trójkąt \(ABC\) jest prostokątny.

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
ALBO
• Gdy podstawisz konkretne wartości liczbowe w miejsce niewiadomych \(a\) oraz \(b\).
1 pkt
• Gdy pozbędziesz się pierwiastka z równania (patrz: Krok 1.) i dostrzeżesz możliwość użycia wzorów skróconego mnożenia (patrz: Krok 2.).
2 pkt
• Gdy przeprowadzisz pełne dowodzenie.

Krok 1. Uproszczenie równania i pozbycie się pierwiastka.
Aby udowodnić powyższą tezę przekształćmy nasze równanie, zaczynając od pozbycia się z niego pierwiastka:
$$\sqrt{a^2+b}=\sqrt{a+b^2} \\
a^2+b=a+b^2 \\
a^2-b^2-a+b=0$$

Krok 2. Wykorzystanie wzorów skróconego mnożenia i zapisanie równania w postaci iloczynowej.
Ze wzorów skróconego mnożenia wiemy, że \(a^2-b^2=(a+b)(a-b)\), zatem:
$$(a+b)(a-b)-a+b=0$$

Teraz spróbujmy wziąć w nawias ostatnie dwa wyrazy po lewej stronie, uważając na to że musimy zmienić znak, bo przed nawiasem będzie stał minus:
$$(a+b)(a-b)-(a-b)=0 \\
(a+b)(a-b)-1(a-b)=0$$

Już jesteśmy bardzo blisko rozwiązania tego zadania. Musimy teraz zamienić to równanie na postać iloczynową, wyłączając przed nawias \((a-b)\), zatem:
$$(a-b)(a+b-1)=0$$

Krok 3. Rozwiązanie równania.
Mając postać iloczynową wiemy, że aby to równanie było równe zero, to:
$$a-b=0 \quad\lor\quad a+b-1=0 \\
a=b \quad\lor\quad a+b=1$$

Otrzymaliśmy wyniki dokładnie takie jak w treści zadania, co kończy nasz dowód.

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy nie wykonasz jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
ALBO
• Gdy wykonasz wszystkie kroki, ale otrzymasz wynik większy od \(1\).
1 pkt
• Gdy obliczysz jedynie liczbę zdarzeń elementarnych \(|Ω|=36\) (patrz: Krok 1.).
ALBO
• Gdy wypiszesz jedynie zdarzenia sprzyjające (patrz: Krok 2.).
2 pkt
• Gdy obliczysz liczbę zdarzeń elementarnych \(|Ω|=36\) i wypiszesz jakie są zdarzenia sprzyjające (patrz: Krok 1. oraz 2.) i na tym zakończysz rozwiązywanie zadania lub dalej rozwiązujesz błędnie.
3 pkt
• Gdy obliczysz liczbę zdarzeń elementarnych \(|Ω|=36\) oraz podasz ile jest łącznie wszystkich zdarzeń sprzyjających \(|A|=3\) (patrz: Krok 1. oraz 2.), ale nie obliczysz prawdopodobieństwa.
4 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.

Krok 1. Obliczenie liczby wszystkich zdarzeń elementarnych.
W pierwszym rzucie możemy uzyskać jeden z sześciu wyników. Podobnie jest w drugim rzucie, tu także otrzymamy jedną z sześciu możliwości. Zgodnie z regułą mnożenia wszystkich zdarzeń elementarnych mamy więc:
$$|Ω|=6\cdot6=36$$

Krok 2. Obliczenie liczby zdarzeń sprzyjających.
Zdarzeniem sprzyjającym jest sytuacja w której suma oczek jest większa od sześciu i jednocześnie iloczyn tych liczb jest nieparzysty. Możemy oczywiście wypisać wszystkie kombinacje kiedy suma jest większa od sześciu i sprawdzić iloczyn każdej takiej pary. Jednak możemy też się zastanowić - kiedy iloczyn dwóch liczb daje wynik nieparzysty? Taki wynik mamy tylko wtedy, kiedy obydwie liczby są nieparzyste. W ten sposób krąg naszych "podejrzanych" znacznie zmalał, gdyż:
• Z jedynką żadnej takiej pary nie stworzymy.
• Z trójką stworzymy jedną taką parę: \((3;5)\)
• Z piątką stworzymy dwie takie pary: \((5;3)\) oraz \((5;5)\)

Są więc tylko trzy takie sytuacje, zatem \(|A|=3\).

Krok 3. Obliczenie prawdopodobieństwa.
$$P(A)=\frac{|A|}{|Ω|}=\frac{3}{36}=\frac{1}{12}$$

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy nie wykonasz jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy narysujesz graniastosłup i poprawnie zaznaczysz w nim poszukiwany trójkąt \(ABF\) (patrz: Krok 1.).
2 pkt
• Gdy obliczysz długość przekątnej ściany bocznej (patrz: Krok 2.).
ALBO
• Gdy obliczysz wysokość trójkąta znajdującego się w podstawie, czyli \(h=5\sqrt{3}\).
3 pkt
• Gdy obliczysz wysokość trójkąta \(ABF\), czyli \(|SF|=14\) (patrz: Krok 3.).
ALBO
• Gdy poprawnie obliczysz sinus kąta \(AFB\), czyli \(sin=\frac{140}{221}\), celem skorzystania ze wzoru na pole trójkąta z użyciem sinusa.
ALBO
• Gdy doprowadzisz zadanie do końca, ale popełnisz błąd rachunkowy.
4 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.

Krok 1. Sporządzenie rysunku poglądowego.
Narysujmy sobie ten graniastosłup i oznaczmy na nim od razu długości, które są podane w treści zadania. Pamiętaj, że jest to graniastosłup prawidłowy trójkątny, dlatego w podstawie znajdzie się trójkąt równoboczny.



Dodatkowo musimy zauważyć, że trójkąt \(ABF\) jest trójkątem równoramiennym, bowiem jego dwa ramiona są przekątnymi identycznych ścian bocznych.

Krok 2. Obliczenie długości boków \(AF\) oraz \(BF\).
Spójrzmy na trójkąc \(ACF\). Jest to trójkąt prostokątny, którego długości przyprostokątnych są nam znane. W związku z tym bez problemu obliczymy długość przeciwprostokątnej \(AF\):
$$|AC|^2+|CF|^2=|AF|^2 \\
10^2+11^2=|AF|^2 \\
100+121=|AF|^2 \\
|AF|^2=221 \\
|AF|=\sqrt{221}$$

Powiedzieliśmy sobie, że trójkąt ABF jest równoramienny, zatem także \(|BF|=\sqrt{221}\).

Krok 3. Obliczenie wysokości trójkąta \(ABF\).
Spójrzmy może na rysunek samego trójkąta \(ABF\):



Znamy długość podstawy \(|AB|=10\). Brakuje nam jeszcze wysokości tego trójkąta. Wiemy, że w trójkącie równoramiennym wysokość dzieli podstawę na dwie równe części, zatem otrzymamy mały trójkąt prostokątny \(SBF\), z którego za pomocą Twierdzenia Pitagorasa wyznaczymy wysokość trójkąta.
$$|SB|^2+|SF|^2=|BF|^2 \\
5^2+|SF|^2=(\sqrt{221})^2 \\
25+|SF|^2=221 \\
|SF|^2=196 \\
|SF|=14$$

Krok 4. Obliczenie pola trójkąta \(ABF\).
Wystarczy już podstawić do wzoru na pole trójkąta wszystkie dane, które uzyskaliśmy przed chwilą:
$$P=\frac{1}{2}\cdot a\cdot h \\
P=\frac{1}{2}\cdot |AB| \cdot |SF| \\
P=\frac{1}{2}\cdot10\cdot14 \\
P=70$$

Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy nie wykonasz jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy wprowadzisz sensowne oznaczenia i zapiszesz podstawowe relacje między nimi (patrz: Krok 1.).
2 pkt
• Gdy zapiszesz odpowiednie relacje w formie równania z dwoma niewiadomymi lub w postaci układu równań (patrz: Krok 2.).
3 pkt
• Gdy sprowadzisz obliczenia do postaci równania z jedną niewiadomą, czyli postaci w której występuje jedynie niewiadoma \(v\) lub \(t\) (patrz: Krok 2.).
4 pkt
• Gdy doprowadzisz równanie do postaci ogólnej równania kwadratowego (patrz: Krok 2.), ale samo równanie kwadratowe (patrz: Krok 3.) rozwiążesz błędnie.
ALBO
• Gdy doprowadzisz zadanie do samego końca, ale otrzymany wynik będzie zły jedynie ze względu na błąd rachunkowy.
5 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.

Krok 1. Wypisanie danych z treści zadania.
\(v\) - prędkość kolarza (w \(\frac{km}{h}\))
\(t\) - czas pokonywania trasy (w godzinach)
\(s=60\) - długość pokonanej trasy (w kilometrach)
\(v+1\) - zakładana teoretyczna prędkość kolarza (w \(\frac{km}{h}\))
\(t-\frac{1}{10}\) - zakładany teoretyczny czas jazdy (w godzinach)

Dlaczego teoretyczny czas jazdy wyniósł \(t-\frac{1}{10}\)? Mamy informację, że kolarz przejechałby trasę krócej o \(6\) minut. Niestety minutami nie możemy za bardzo operować, bo później posługujemy się jednostką prędkości \(\frac{km}{h}\), dlatego też musimy zamienić minuty na godziny:
$$6\text{ min. }=\frac{6}{60}\text{ godz. }=\frac{1}{10}\text{ godz. }$$

Krok 2. Ułożenie i rozwiązanie układu równań.
Do ułożenia układu równań użyjemy wzoru na prędkość:
$$v=\frac{s}{t} \Rightarrow s=vt$$

Pierwsze równanie będzie dotyczyło pierwszego przejazdu, drugie będzie związane z tym "teoretycznym" przejazdem:
\begin{cases}
60=vt \\
60=(v+1)\cdot(t-\frac{1}{10})
\end{cases}

Podstawiając z pierwszego równania \(t=\frac{60}{v}\) do drugiego równania otrzymamy:
$$\require{cancel}
60=(v+1)\cdot\left(\frac{60}{v}-\frac{1}{10}\right) \\
\cancel{60}=\cancel{60}-\frac{1}{10}v+\frac{60}{v}-\frac{1}{10} \\
-\frac{1}{10}v+\frac{60}{v}-\frac{1}{10}=0 \quad\bigg/\cdot v \\
-\frac{1}{10}v^2-\frac{1}{10}v+60=0 \quad\bigg/\cdot10 \\
-v^2-v+600=0$$

Krok 3. Rozwiązanie powstałego równania kwadratowego.
Skorzystamy tutaj z metody delty:
Współczynniki: \(a=-1,\;b=-1,\;c=600\)
$$Δ=b^2-4ac=(-1)^2-4\cdot(-1)\cdot600=1-(-2400)=1+2400=2401 \\
\sqrt{Δ}=\sqrt{2401}=49$$

$$v_{1}=\frac{-b-\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-(-1)-49}{2\cdot(-1)}=\frac{1-49}{-2}=\frac{-48}{-2}=24 \\
v_{2}=\frac{-b+\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-(-1)+49}{2\cdot(-1)}=\frac{1+49}{-2}=\frac{50}{-2}=-25$$

Z racji tego iż prędkość ujemną należy oczywiście odrzucić, to prawidłowym rozwiązaniem jest \(v=24\frac{km}{h}\).