Matura poprawkowa z matematyki (poziom podstawowy) - Sierpień 2013
Arkusz maturalny zawiera 25 zadań zamkniętych oraz 9 zadań otwartych. Łącznie do zdobycia jest 50 punktów, a sugerowany maksymalny czas rozwiązywania to 170 minut.
W przypadku zadań zamkniętych musisz wybrać jedną z czterech odpowiedzi ABCD. Zadania otwarte rozwiąż na kartce papieru, a następnie przydziel sobie za nie odpowiednią liczbę punktów zgodnie z punktacją, która wyświetli się na ekranie. Zadania otwarte mają dodatkowo możliwość podejrzenia proponowanego rozwiązania, tak abyś mógł/a jak najrzetelniej przyznać sobie punkty za zadanie.
Jeżeli nie masz pewności jak rozwiązać dane zadanie, to możesz je opuścić i wrócić niego w dowolnej chwili. Kiedy uzupełnisz wszystkie zadania kliknij w przycisk zakończ. Na ekranie pojawi Ci się wtedy liczba zdobytych punktów oraz będziesz mieć możliwość przejrzenia swoich odpowiedzi wraz z pełnymi rozwiązaniami krok po kroku. Jeżeli jesteś gotowy/a to możesz przejść do pierwszego zadania.
Zadanie 1. (1pkt) Wskaż rysunek, na którym przedstawiony jest zbiór rozwiązań nierówności \(2(3-x)\gt x\).
Zadanie 2. (1pkt) Gdy od \(17\%\) liczby \(21\) odejmiemy \(21\%\) liczby \(17\), to otrzymamy:
Zadanie 3. (1pkt) Liczba \(\frac{5^3\cdot25}{\sqrt{5}}\) jest równa:
Zadanie 4. (1pkt) Rozwiązaniem układu równań \(\begin{cases}
3x-5y=0 \\
2x-y=14
\end{cases}\) jest para liczb \((x,y)\) takich, że:
Zadanie 5. (1pkt) Funkcja \(f\) jest określona wzorem \(f(x)=\frac{2x}{x-1}\) dla \(x\neq1\). Wartość funkcji \(f\) dla argumentu \(x=2\) jest równa:
Zadanie 6. (1pkt) Liczby rzeczywiste \(a, b, c\) spełniają warunki: \(a+b=3\), \(b+c=4\) i \(c+a=5\). Wtedy suma \(a+b+c\) jest równa:
Zadanie 7. (1pkt) Prostą równoległą do prostej o równaniu \(y=\frac{2}{3}x-\frac{4}{3}\) jest prosta dana równaniem:
Zadanie 8. (1pkt) Dla każdych liczb rzeczywistych \(a, b\) wyrażenie \(a-b+ab-1\) jest równe:
Zadanie 9. (1pkt) Wierzchołek paraboli o równaniu \(y=(x-1)^2+2c\) leży na prostej o równaniu \(y=6\). Wtedy:
Zadanie 10. (1pkt) Liczba \(\log_{2}100-\log_{2}50\) jest równa:
Zadanie 11. (1pkt) Wielomian \(W(x)=(3x^2-2)^2\) jest równy wielomianowi:
Zadanie 12. (1pkt) Z prostokąta \(ABCD\) o obwodzie \(30\) wycięto trójkąt równoboczny \(AOD\) o obwodzie \(15\) (tak jak na rysunku).
Obwód zacieniowanej figury jest równy:
Zadanie 13. (1pkt) Liczby \(3x-4,\;8,\;2\) w podanej kolejności są pierwszym, drugim i trzecim wyrazem ciągu geometrycznego. Wtedy:
Zadanie 14. (1pkt) Punkt \(S=(4;1)\) jest środkiem odcinka \(AB\), gdzie \(A=(a;0)\) i \(B=(a+3;2)\). Zatem:
Zadanie 15. (1pkt) Ile jest wszystkich liczb naturalnych trzycyfrowych podzielnych przez \(5\)?
Zadanie 16. (1pkt) Punkt \(O\) jest środkiem okręgu o średnicy \(AB\) (tak jak na rysunku). Kąt \(α\) ma miarę:
Zadanie 17. (1pkt) Najdłuższa przekątna sześciokąta foremnego ma długość \(8\). Wówczas pole koła opisanego na tym sześciokącie jest równe:
Zadanie 18. (1pkt) Pole równoległoboku o bokach \(4\) i \(12\) oraz kącie ostrym \(30°\) jest równe:
Zadanie 19. (1pkt) Liczba wszystkich krawędzi graniastosłupa jest równa \(24\). Wtedy liczba jego wierzchołków jest równa:
Zadanie 20. (1pkt) Objętość walca o wysokości \(8\) jest równa \(72π\). Promień podstawy tego walca jest równy:
Zadanie 21. (1pkt) Liczby \(7,\;a,\;49\) w podanej kolejności tworzą ciąg arytmetyczny. Wtedy \(a\) jest równe:
Zadanie 22. (1pkt) Ciąg \((a_{n})\) jest określony wzorem \(a_{n}=n^2-n\), dla \(n\ge1\). Który wyraz tego ciągu jest równy \(6\)?
Zadanie 23. (1pkt) Rzucamy dwa razy symetryczną sześcienną kostką do gry. Prawdopodobieństwo dwukrotnego otrzymania pięciu oczek jest równe:
Zadanie 24. (1pkt) Kąt \(α\) jest ostry i \(sinα=\frac{\sqrt{3}}{3}\). Wtedy wartość wyrażenia \(2cos^2α-1\) jest równa:
Zadanie 25. (1pkt) Na rysunku przedstawiono wykres funkcji \(y=f(x)\).
Największa wartość funkcji \(f\) w przedziale \(\langle-1,1\rangle\) jest równa:
Zadanie 26. (2pkt) Rozwiąż nierówność \(3x-x^2\ge0\).
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
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).
Wyjaśnienie:
Krok 1. Obliczenie miejsc zerowych wielomianu.
Taką nierówność jak każdą inną tego typu możemy rozwiązać metodą delty i za chwilę to zrobimy (zwłaszcza że jest tu pewna pułapka którą warto omówić). Jednak można tu się też pokusić o wyłączenie \(x\) przed nawias (o ile zauważymy taką możliwość). Otrzymalibyśmy wtedy \(x(3-x)\ge0\) i w ten oto sposób bardzo szybko moglibyśmy wyznaczyć miejsca zerowe - wystarczyłoby się zachować tak jak przy postaci iloczynowej i przyrównać odpowiednie wartości do zera, zatem:
$$x=0 \quad\lor\quad 3-x=0 \\
x=0 \quad\lor\quad x=3$$
Gdybyśmy jednak chcieli to obliczyć za pomocą delty to zanim zaczniemy cokolwiek liczyć musimy uporządkować te wyrazy, tak aby kwadrat liczby znalazł się na początku zatem:
$$-x^2+3x\ge0$$
Dopiero teraz możemy wypisać współczynniki, pamiętając o tym że \(c=0\).
Współczynniki: \(a=-1,\;b=3,\;c=0\)
$$Δ=b^2-4ac=3^2-4\cdot(-1)\cdot0=9-0=9 \\
\sqrt{Δ}=\sqrt{9}=3$$
$$x_{1}=\frac{-b-\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-3-3}{2\cdot(-1)}=\frac{-6}{-2}=3 \\
x_{2}=\frac{-b+\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-3+3}{2\cdot(-1)}=\frac{0}{-2}=0$$
Otrzymaliśmy dokładnie takie same wyniki jak przed chwilą.
Krok 2. Szkicowanie wykresu paraboli.
Nasza parabola będzie mieć ramiona skierowane do dołu, bo przed \(x^2\) stoi znak minusa. Zaznaczamy na osi miejsca zerowe obliczone przed chwilą (kropki będą zamalowane, bo w nierówności wystąpił znak \(\ge\)) i rysujemy naszą parabolę.
Krok 3. Odczytanie rozwiązania.
Interesują nas wartości większe lub równe zero, stąd też przedziałem będącym rozwiązaniem tego zadania będzie: \(\langle0;3\rangle\).
Zadanie 27. (2pkt) Rozwiąż równanie \(x^3-6x^2-12x+72=0\).
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
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.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Wyłączenie odpowiednich czynników przed nawias i zapisanie równania w postaci iloczynowej.
Tego typu równania trzeciego stopnia możemy rozwiązać wyłączając przed nawias odpowiednie wyrazy, tak aby móc potem przekształcić zapis na postać iloczynową. Całość obliczeń wygląda następująco:
$$x^3-6x^2-12x+72=0 \\
x^2(x-6)-12(x-6)=0 \\
(x^2-12)(x-6)=0$$
Krok 2. Wyznaczenie rozwiązań z postaci iloczynowej.
Aby to równanie dało nam wynik równy zero, to któryś z nawiasów musi to równanie nam "wyzerować". Możemy więc przyrównać poszczególne nawiasy do zera i w ten sposób rozwiązać całe równanie:
$$x^2-12=0 \quad\lor\quad x-6=0 \\
x=\sqrt{12} \quad\lor\quad x=-\sqrt{12} \quad\lor\quad x=6$$
Możemy jeszcze wyłączyć czynnik przed znak pierwiastka i w ten sposób otrzymamy nasze trzy rozwiązania tego równania:
$$x=2\sqrt{3} \quad\lor\quad x=-2\sqrt{3} \quad\lor\quad x=6$$
Zadanie 28. (2pkt) Kąt \(α\) jest ostry i \(tgα=2\). Oblicz \(\frac{sinα-cosα}{sinα+cosα}\).
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy doprowadzisz całe wyrażenie do postaci w której występuje tylko jedna funkcja trygonometryczna.
ALBO
• Gdy narysujesz trójkąt prostokątny i zapiszesz, że \(sinα=\frac{2}{c}\) lub że \(sinα=\frac{1}{c}\).
ALBO
• Gdy odczytasz z tablic maturalnych, że \(α\approx63°\) lub \(α\approx64°\), ale nie obliczysz wartości wskazanego wyrażenia.
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik
ALBO
• Gdy otrzymasz wynik przybliżony, podstawiając do wzoru poszczególne wartości sinusa lub cosinusa dla kąta \(α\approx63°\) lub \(α\approx64°\).
Wyjaśnienie:
Z własności funkcji trygonometrycznych wiemy, że \(tgα=\frac{sinα}{cosα}\). Możemy spokojnie przekształcać wszystkie zapisy, bo wiemy że kąt \(α\) jest ostry, a więc nie ma obaw że wykonamy dzielenie przez \(0\), bo \(sinα\gt0\) oraz \(cosα\gt0\).
Krok 1. Zapisanie wartości sinusa.
Zgodnie z tym co zapisaliśmy sobie powyżej:
$$\frac{sinα}{cosα}=2 \\
sinα=2cosα$$
Krok 2. Obliczenie wartości całego wyrażenia.
Do naszego wyrażenia z treści zadania podstawiamy teraz \(sinα=2cosα\), dzięki czemu otrzymamy:
$$\frac{sinα-cosα}{sinα+cosα}=\frac{2cosα-cosα}{2cosα+cosα}=\frac{cosα}{3cosα}=\frac{1}{3}$$
Zadanie 29. (2pkt) W tabeli zestawiono oceny z matematyki uczniów klasy 3A na koniec semestru.
$$
\begin{array}{c|c|c|c|c|c|c}
\text{Oceny} & \text{1} & \text{2} & \text{3} & \text{4} & \text{5} & \text{6} \\
\hline
\text{Liczba ocen} & \text{0} & \text{4} & \text{9} & \text{13} & \text{x} & \text{1}
\end{array}
$$
Średnia arytmetyczna tych ocen jest równa \(3,6\). Oblicz liczbę \(x\) ocen bardzo dobrych \((5)\) z matematyki wystawionych na koniec semestru w tej klasie.
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy zapiszesz równanie z użyciem średniej arytmetycznej i na tym zakończysz albo np. popełnisz błąd rachunkowy w trakcie obliczeń.
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Wyjaśnienie:
Musimy ułożyć odpowiednie równanie, dokładnie tak jak chcielibyśmy obliczyć średnią arytmetyczną. Otrzymamy wtedy:
$$\frac{0\cdot1+4\cdot2+9\cdot3+13\cdot4+x\cdot5+1\cdot6}{0+4+9+13+x+1}=3,6 \\
\frac{93+5x}{27+x}=3,6 \quad\bigg/\cdot(27+x) \\
93+5x=3,6\cdot(27+x) \\
93+5x=97,2+3,6x \\
1,4x=4,2 \\
x=3$$
To oznacza, że trzy osoby otrzymały ocenę bardzo dobrą.
Zadanie 30. (2pkt) Uzasadnij, że jeżeli \(a\) jest liczbą rzeczywistą różną od zera i \(a+\frac{1}{a}=3\), to \(a^2+\frac{1}{a^2}=7\).
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy podniesiesz obustronnie równość do kwadratu i na tym zakończysz albo np. popełnisz błąd rachunkowy w trakcie obliczeń.
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Wyjaśnienie:
To zadanie najprościej jest podnosząc do kwadratu obie strony pierwszej równości:
$$a+\frac{1}{a}=3 \quad\bigg/^{2} \\
\left(a+\frac{1}{a}\right)^2=3^2 \\
a^2+2\cdot a\cdot\frac{1}{a}+\left(\frac{1}{a}\right)^2=9 \\
a^2+2+\frac{1}{a^2}=9 \\
a^2+\frac{1}{a^2}=7$$
W ten sposób udało nam się udowodnić tezę zawartą w treści zadania.
Zadanie 31. (2pkt) Długość krawędzi sześcianu jest o \(2\) krótsza od długości jego przekątnej. Oblicz długość przekątnej tego sześcianu.
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy do wzoru na przekątną sześcianu \(s=a\sqrt{3}\) (patrz: Krok 2.) podstawisz równanie \(s=a+2\) lub \(a=s-2\) (patrz: Krok 3.), ale same obliczenia wykonasz błędnie.
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Sporządzenie rysunku poglądowego.
Dorysujmy sobie przekątną sześcianu (\(s\)) oraz przekątną podstawy (\(d\)), która przyda nam się do dalszych obliczeń. I tu od razu możemy zauważyć, że nasza przekątna podstawy jest tak naprawdę przekątną kwadratu, który znalazł się w podstawie sześcianu. Zatem jeśli długość krawędzi oznaczymy jako \(a\) to \(d=a\sqrt{2}\).
Krok 2. Wyznaczenie wzoru ogólnego na długość przekątnej sześcianu.
Ten krok możemy pominąć, jeśli po prostu pamiętamy że przekątna sześcianu jest opisana wzorem \(s=a\sqrt{3}\). Niestety tego wzoru nie ma w tablicach maturalnych, dlatego zobaczmy jak go łatwo możemy sobie wyprowadzić.
Spójrzmy na trójkąt \(BDH\). Jest on prostokątny, a jego przyprostokątne mają długośc odpowiednio \(a\) oraz \(a\sqrt{2}\). Korzystając z Twierdzenia Pitagorasa otrzymamy:
$$a^2+(a\sqrt{2})^2=s^2 \\
a^2+2a^2=s^2 \\
s^2=3a^2 \\
s=\sqrt{3\cdot a^2} \\
s=a\sqrt{3}$$
Krok 3. Obliczenie długości przekątnej sześcianu.
Z treści zadania wynika, że \(a=s-2\). Możemy teraz podstawić tą zależność do wyznaczonego wzoru z kroku drugiego i otrzymamy wtedy:
$$s=(s-2)\sqrt{3} \\
s=s\sqrt{3}-2\sqrt{3} \\
s-s\sqrt{3}=-2\sqrt{3} \quad\bigg/\cdot(-1) \\
s\sqrt{3}-s=2\sqrt{3} \\
s(\sqrt{3}-1)=2\sqrt{3} \\
s=\frac{2\sqrt{3}}{\sqrt{3}-1}$$
(Mnożenie przez \(-1\) nie było koniecznie, ale sprawiało że pozbyliśmy się minusów, więc warto było ten krok wykonać). Teoretycznie otrzymany wynik można byłoby uznać za prawidłowy, ale warto tutaj jeszcze usunąć niewymierność z mianownika. W tym przypadku wystarczy pomnożyć licznik i mianownik przez (\(\sqrt{3}+1\)).
$$s=\frac{2\sqrt{3}}{\sqrt{3}-1} \\
s=\frac{2\sqrt{3}\cdot(\sqrt{3}+1)}{\sqrt{3}-1\cdot(\sqrt{3}+1)} \\
s=\frac{6+2\sqrt{3}}{3-1} \\
s=\frac{6+2\sqrt{3}}{2} \\
s=3+\sqrt{3}$$
Zadanie 32. (5pkt) Dane są dwie prostokątne działki. Działka pierwsza ma powierzchnię \(6000m^2\). Działka druga ma wymiary większe od wymiarów pierwszej działki o \(10m\) i \(15m\) oraz powierzchnię większą o \(2250m^2\). Oblicz wymiary pierwszej działki.
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
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 \(s\) lub \(d\) (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.
ALBO
• Gdy źle zinterpretujesz otrzymane wyniki z równania kwadratowego.
5 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Wypisanie informacji z treści zadania i ułożenie układu równań.
\(s\) - szerokość pierwszej działki
\(d\) - długość pierwszej działki
\(s+10\) - szerokość drugiej działki
\(d+15\) - długość drugiej działki
Skoro pole prostokąta to P=ab, to dla dwóch działek możemy ułożyć następujący układ równań:
\begin{cases}
s\cdot d=6000 \\
(s+10)\cdot(d+15)=6000+2250
\end{cases}
Krok 2. Rozwiązanie powstałego układu równań.
Wymnóżmy najpierw poszczególne nawiasy w drugim równaniu, otrzymując wtedy:
\begin{cases}
s\cdot d=6000 \\
sd+15s+10d+150=8250
\end{cases}
Zgodnie z pierwszym równaniem możemy podstawić do drugiego równania \(sd=6000\) oraz \(s=\frac{6000}{d}\), zatem:
$$6000+15\cdot\frac{6000}{d}+10d+150=8250 \\
\frac{90000}{d}+10d-2100=0 \quad\bigg/\cdot d \\
10d^2-2100d+90000=0 \quad\bigg/:10 \\
d^2-210d+9000=0$$
Wykonanie ostatniego dzielenia przez \(10\) nie jest konieczne, ale dzięki temu będziemy operować na mniejszych liczbach.
Krok 3. Rozwiązanie powstałego równania kwadratowego.
Skorzystamy tutaj z metody delty:
Współczynniki: \(a=1,\;b=-210,\;c=9000\)
$$Δ=b^2-4ac=(-210)^2-4\cdot1\cdot9000=44100-36000=8100 \\
\sqrt{Δ}=\sqrt{8100}=90$$
$$d_{1}=\frac{-b-\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-(-210)-90}{2\cdot1}=\frac{210-90}{2}=\frac{120}{2}=60 \\
d_{2}=\frac{-b+\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-(-210)+90}{2\cdot1}=\frac{210+90}{2}=\frac{300}{2}=150$$
Krok 4. Wyznaczenie wymiarów działki.
Otrzymaliśmy dwa wyniki i żadnego z nich nie możemy wykluczyć. To oznacza, że to zadanie będzie miało dwa rozwiązania.
Jeśli długość działki jest równa \(d=60\), to szerokość wynosi:
$$s=\frac{6000}{d} \\
s=\frac{6000}{60} \\
s=100$$
Jeśli długość działki wynosi \(d=150\), to jej szerokością będzie:
$$s=\frac{6000}{150} \\
s=40$$
Pierwsza działka ma wymiary \(60m\times100m\) lub \(150m\times40m\).
Zadanie 33. (4pkt) Punkty \(A=(-1,-5)\), \(B=(3,-1)\) i \(C=(2,4)\) są kolejnymi wierzchołkami równoległoboku \(ABCD\). Oblicz pole tego równoległoboku.
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy nie wykonasz jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy dostrzeżesz, że pole czworokąta jest dwa razy większe od pola trójkąta \(ABC\) (patrz: Krok 1.).
ALBO
• Gdy obliczysz długość odcinka \(AB\), czyli \(|AB|=4\sqrt{2}\).
2 pkt
• Gdy zapiszesz wzór na pole trójkąta z użyciem współrzędnych wierzchołka (patrz: Krok 2.)
ALBO
• Gdy obliczysz współrzędne punktu \(E\), czyli \(E=(5;1)\).
3 pkt
• Gdy obliczysz pole trójkąta \(ABC\) (patrz: Krok 3.).
ALBO
• Gdy obliczysz wysokość równoległoboku: \(|CE|=3\sqrt{2}\).
4 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Sporządzenie rysunku poglądowego.
To zadanie jest chyba jednym z najbardziej rozbudowanych zadań jakie pojawiły się na maturze w ciągu ostatnich lat, zwłaszcza jeśli chcielibyśmy to obliczać standardową metodą. Prześledźmy sobie ten najbardziej typowy tok rozwiązania tego zadania, a ja za chwilę powiem Ci jak można to zadanie zrobić znacznie szybciej.
Zaznaczmy sobie w układzie współrzędnych punkty \(A\), \(B\) oraz \(C\). Możemy też sobie mniej lub bardziej dokładnie zaznaczyć punkt \(D\), tak aby wiedzieć jak wygląda ten równoległobok. Nie mniej jednak punkt \(D\) nam nie będzie potrzebny, bo do obliczenia pola powierzchni potrzebujemy znać długość podstawy (czyli \(|AB|\)) oraz wysokość trójkąta. Z tą wysokością problem jest taki, że znajduje się ona poza figurą i chcąc poznać jej długość musimy zaznaczyć sobie nowy punkt \(E\), którego współrzędnych nie znamy. O punkcie \(E\) Wiemy tylko tyle, że leży na pewno na przedłużeniu odcinka \(AB\) i to pozwoli nam wyznaczyć jego współrzędne. Ogólnie proces liczenia będzie bardzo długi i żmudny:
- musimy wyznaczyć wzór prostej przechodzącej przed punkty \(A\) i \(B\) (ze wzoru lub z układu równań)
- musimy wyznaczyć wzór prostej prostopadłej, która przejdzie przez punkt \(C\)
- na przecięciu się tych dwóch prostych znajdzie się ten problematyczny punkt \(E\) (rozwiązując układ równań poznamy jego współrzędne)
- musimy obliczyć długość odcinka \(AB\)
- musimy obliczyć długość odcinka \(CE\)
- no i na koniec musimy wymnożyć wartości długości tych dwóch odcinków obliczając tym samym pole
Rozwiązywanie tego w ten sposób zajmie naprawdę dużo czasu, a i o pomyłkę będzie dość prosto. Awaryjnie można też byłoby skorzystać ze wzoru na odległość punktu od prostej, dzięki czemu moglibyśmy pominąć obliczenie współrzędnych punktu \(E\). Wtedy podstawilibyśmy do tego wzoru współrzędne punktu \(C\) oraz wzór prostej przechodzącej przez odcinek \(AB\).
Teoretycznie można byłoby się też pokusić o pewne uproszczenie, wyznaczając długości odcinków \(AB\) oraz \(CE\) z Twierdzenia Pitagorasa i licząc po kratkach poszczególne długości przyprostokątnych.
Wszystkie problemy jednak znikają kiedy dostrzeżemy, że wystarczyłoby obliczyć pole trójkąta \(ABC\) i pomnożyć tą wartość przez \(2\), wszak przekątna równoległoboku dzieli figurę na dwa trójkąty o równej powierzchni. I już za sam fakt dostrzeżenia tego można było na maturze otrzymać jeden punkt. Pytanie tylko jak wyliczyć pole tego trójkąta. I tu z pomocą przychodzi nam wzór z tablic, o którym mało kto wie, bo jest bardzo rzadko stosowany.
Krok 2. Obliczenie pola trójkąta \(ABC\).
W tablicach odczytujemy wzór na pole trójkąta, znając współrzędne wszystkich trzech punktów:
Pole trójkąta \(ABC\) o znanych współrzędnych wierzchołków wyliczymy z następującego wzoru:
$$P=\frac{1}{2}\cdot|(x_{B}-x_{A})(y_{C}-y_{A})-(y_{B}-y_{A})(x_{C}-x_{A})|$$
Podstawiając odpowiednie współrzędne otrzymamy:
$$P=\frac{1}{2}\cdot|(3-(-1))(4-(-5))-(-1-(-5))(2-(-1))| \\
P=\frac{1}{2}\cdot|4\cdot9-4\cdot3| \\
P=\frac{1}{2}\cdot|36-12| \\
P=\frac{1}{2}\cdot24 \\
P=12$$
Krok 3. Obliczenie pola równoległoboku.
Zgodnie z tym co sobie powiedzieliśmy, przekątna \(AC\) dzieli równoległobok na dwa równe trójkąty, tak więc skoro znamy pole trójkąta \(ABC\) to wystarczy teraz wynik ten pomnożyć przez \(2\) i otrzymamy pole równoległoboku:
$$P=2\cdot12 \\
P=24$$
Zadanie 34. (4pkt) Objętość ostrosłupa prawidłowego trójkątnego \(ABCS\) (tak jak na rysunku) jest równa \(72\), a promień okręgu wpisanego w podstawę \(ABC\) tego ostrosłupa jest równy \(2\). Oblicz tangens kąta między wysokością tego ostrosłupa i jego ścianą boczną.
Przyznaj sobie samodzielnie punkty, zgodnie z proponowaną punktacją
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy nie wykonasz jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy na rysunku zaznaczysz kąt między wysokością ostrosłupa i jego ścianą boczną (patrz: Krok 1.).
2 pkt
• Gdy obliczysz długość boku trójkąta znajdującego się w podstawie (patrz: Krok 2.).
3 pkt
• Gdy obliczysz wysokość ostrosłupa (patrz: Krok 4.).
4 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Sporządzenie rysunku poglądowego.
Dorysujmy sobie wysokość ściany bocznej, oznaczmy kąt którego tangensa musimy obliczyć. Przyjmijmy też, że krawędź podstawy jest równa \(a\):
Musimy obliczyć tangens między wysokością ostrosłupa i jego ścianą boczną, czyli:
$$tgα=\frac{|OD|}{|SO|}$$
Długość odcinka \(OD\) jest nam znana, bo jest to długość promienia okręgu, czyli \(|OD|=r=2\). Potrzebujemy jeszcze wyznaczyć wysokość całego ostrosłupa i dopiero wtedy będziemy mogli obliczyć wartość tego tangensa.
Krok 2. Wyznaczenie długości krawędzi podstawy.
Aby wyznaczyć wysokość ostrosłupa musimy najpierw policzyć pole podstawy, bowiem znając pole podstawy i objętość bryły (a ta jest podana w treści zadania) bez problemu obliczymy poszukiwaną wysokość ostrosłupa. Do obliczenia pola podstawy brakuje nam tak naprawdę znajomości długości krawędzi trójkąta równobocznego, który znajduje się w podstawie i to właśnie tą długość teraz wyznaczymy (wiemy, że jest to trójkąt równoboczny, bo jest to ostrosłup prawidłowy trójkątny).
Punktem wyjścia będzie promień okręgu wpisanego w podstawę (którego długość znamy, bo \(r=2\)), który stanowi \(\frac{1}{3}\) wysokości tego trójkąta. Skoro jest to trójkąt równoboczny to wzór na jego wysokość możemy zapisać jako \(h=\frac{a\sqrt{3}}{2}\), zatem:
$$r=\frac{1}{3}\cdot h\\
r=\frac{1}{3}\cdot\frac{a\sqrt{3}}{2} \\
2=\frac{a\sqrt{3}}{6} \\
a\sqrt{3}=12 \\
a=\frac{12}{\sqrt{3}}=\frac{12\cdot\sqrt{3}}{\sqrt{3}\cdot\sqrt{3}}=\frac{12\sqrt{3}}{3}=4\sqrt{3}$$
Krok 3. Obliczenie pola podstawy.
Znając długość krawędzi możemy bez przeszkód obliczyć pole podstawy:
$$P_{p}=\frac{a^2\sqrt{3}}{4} \\
P_{p}=\frac{(4\sqrt{3})^2\sqrt{3}}{4} \\
P_{p}=\frac{16\cdot3\cdot\sqrt{3}}{4} \\
P_{p}=12\sqrt{3}$$
Krok 4. Obliczenie wysokości ostrosłupa.
Zgodnie z tym co opisaliśmy sobie wcześniej - wysokość ostrosłupa wyznaczymy ze wzoru na objętość:
$$V=\frac{1}{3}P_{p}\cdot H \\
72=\frac{1}{3}\cdot12\sqrt{3}\cdot H \\
72=4\sqrt{3}\cdot H \\
H=\frac{72}{4\sqrt{3}} \\
H=\frac{18}{\sqrt{3}}=\frac{18\cdot\sqrt{3}}{\sqrt{3}\cdot\sqrt{3}}=\frac{18\sqrt{3}}{3}=6\sqrt{3}$$
Krok 5. Oblicznie wartości tangensa.
Znamy już wszystkie potrzebne miary, możemy więc wyznaczyć wartość tangensa między wysokością ostrosłupa i jego ścianą boczną:
$$|OD|=r=2 \\
|SO|=H=6\sqrt{3} \\
\text{więc} \\
tgα=\frac{|OD|}{|SO|} \\
tgα=\frac{2}{6\sqrt{3}}=\frac{2\cdot\sqrt{3}}{6\sqrt{3}\cdot\sqrt{3}}=\frac{2\sqrt{3}}{18}=\frac{\sqrt{3}}{9}$$
Poprzednie
Zakończ
Następne