Matura próbna z matematyki (poziom podstawowy) - Nowa Era 2018
Zadanie 1. (1pkt) Liczba \(b\) jest przybliżeniem liczby \(a=\frac{25}{4}\). Błąd względny tego przybliżenia jest równy \(4\%\). Wskaż błąd bezwzględny tego przybliżenia.
A. \(0,04\)
B. \(0,25\)
C. \(0,64\)
D. \(2,5\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Zapisanie danych z treści zadania.
Błąd bezwzględny obliczymy korzystając ze wzoru na błąd względny \(δ=\frac{Δx}{x}\), gdzie:
\(δ\) - błąd względny
\(Δx\) - błąd bezwzględny
\(x\) - dokładna wartość
W naszym przypadku:
\(x=a=\frac{25}{4}=6,25\)
\(δ=4\%=0,04\)
Krok 2. Obliczenie błędu bezwzględnego.
Korzystając z powyższych informacji błąd bezwzględny obliczymy w następujący sposób:
$$δ=\frac{Δx}{x} \\
0,04=\frac{Δx}{6,25} \\
Δx=0,25$$
Zadanie 3. (1pkt) Dla każdej dodatniej liczby \(x\) wyrażenie \(\frac{x\cdot x^{1,5}}{x^{-2}}\) jest równe:
A. \(x^{-0,75}\)
B. \(x^{-0,5}\)
C. \(x^{0,5}\)
D. \(x^{4,5}\)
Wyjaśnienie:
Korzystając z działań na potęgach możemy zapisać, że:
$$\frac{x\cdot x^{1,5}}{x^{-2}}=\frac{x^1\cdot x^{1,5}}{x^{-2}}=\frac{x^{2,5}}{x^{-2}}=x^{2,5}:x^{-2}=x^{2,5-(-2)}=x^{4,5}$$
Zadanie 5. (1pkt) Tabela przedstawia skalę podatkową obowiązującą w 2015 r.
Podstawa obliczenia podatku jest równa \(k\), gdzie \(k\lt85 528 zł\). Wskaż wysokość należnego podatku.
A. \((0,18k-556,02)zł\)
B. \((k-0,18\cdot556,02)zł\)
C. \((0,82k-556,02)zł\)
D. \([14839,02+0,32\cdot(k-85528)]zł\)
Wyjaśnienie:
Podatek \(18\%\) z kwoty \(k\) (gdzie \(k\lt85 528 zł\)) to będzie \(0,18k\). Od tego musimy jeszcze odjąć kwotę zmniejszającą \(556,02zł\) dzięki czemu otrzymamy zapis \(0,18k-556,02 [zł]\).
Zadanie 8. (1pkt) Do wykresu funkcji liniowej \(f\) należą punkty \((4,0)\) i \((0,2)\) oraz punkt:
A. \((12,-2)\)
B. \((12,-4)\)
C. \((-12,28)\)
D. \((-12,-10)\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Wyznaczenie wzoru funkcji.
Często w takich zadaniach wystarczy dobry rysunek szkicowy. W tym konkretnym przypadku niektóre współrzędne są może zbyt blisko siebie (zwłaszcza z pierwszej i drugiej odpowiedzi), ale na pewno dzięki rysunkowi dałoby się na starcie odrzucić część odpowiedzi. Jednak żeby nie kombinować z rysunkiem, to podejdźmy do tego zadania nieco bardziej matematycznie.
Aby rozwiązać to zadanie musimy najpierw wyznaczyć wzór funkcji. Jak już poznamy wzór funkcji to podstawimy do niego \(x=12\) oraz \(x=-12\) i sprawdzimy kiedy otrzymamy poprawną wartość współrzędnej igrekowej. Sam wzór możemy oczywiście wyznaczyć w tradycyjny sposób (np. budując układ równań), ale tutaj da się poznać ten wzór w nieco sprytniejszy sposób. Widzimy, że funkcja przecina oś igreków dla \(y=2\), bo przechodzi przez punkt \((0;2)\). W związku z tym wiemy już, że funkcja liniowa \(y=ax+b\) ma współczynnik \(b=2\). To oznacza, ze funkcja przybiera postać \(y=ax+2\). Brakuje nam jeszcze współczynnika \(a\), który poznamy podstawiając do wyznaczonego przed chwilą równania współrzędne punktu \((4;0)\):
$$0=4a+2 \\
4a=-2 \\
a=-\frac{1}{2}$$
To oznacza, że wzorem funkcji jest \(y=-\frac{1}{2}x+2\).
Krok 2. Obliczenie wartości funkcji dla \(x=12\) oraz \(x=-12\).
Teraz zgodnie z odpowiedziami musimy sprawdzić wartości tej funkcji dla \(x=12\) oraz \(x=-12\):
Gdy \(x=12\) to:
$$y=-\frac{1}{2}\cdot12+2 \\
y=-6+2 \\
y=-4$$
Gdy \(x=-12\) to:
$$y=-\frac{1}{2}\cdot(-12)+2 \\
y=6+2 \\
y=8$$
W związku z tym wyszło nam, że ta funkcja przechodzi przez punktu o współrzędnych \((12;-4)\) oraz \((-12;8)\), zatem prawidłowa jest odpowiedź druga.
Zadanie 11. (1pkt) Wskaż wzór funkcji kwadratowej \(f\), której najmniejsza wartość jest równa \(2\).
A. \(f(x)=-(x-2)^2+2\)
B. \(f(x)=(x+2)^2-2\)
C. \(f(x)=2(x-1)^2+2\)
D. \(f(x)=-2(x-2)^2-2\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Odczytanie kluczowych informacji na temat wierzchołka paraboli.
Wszystkie funkcje zapisane są w postaci kanonicznej \(y=a(x-p)^2+q\), gdzie \(p\) oraz \(q\) to współrzędne wierzchołka \(W=(p;q)\).
W tym zadaniu musimy pamiętać, że funkcja kwadratowa przyjmuje swoją największą lub najmniejszą wartość właśnie w wierzchołku, zatem interesują nas tylko te wzory funkcji w których \(q=2\). Takie funkcje mamy w pierwszej oraz trzeciej odpowiedzi.
Oczywiście z podanych wzorów moglibyśmy odczytać także współrzędne \(p\) wierzchołków paraboli, ale one nie są istotne z punktu widzenia tego zadania.
Krok 2. Ustalenie wzoru funkcji.
Do wyboru zostały nam już tylko dwie funkcje. Musimy się teraz zastanowić czym się one między sobą różnią. To co różni funkcję \(f(x)=-(x-2)^2+2\) od \(f(x)=2(x-1)^2+2\) to przede wszystkim wartość współczynnika \(a\). W pierwszej funkcji mamy ten współczynnik ujemny \(a=-1\), natomiast w tej drugiej współczynnik \(a\) jest dodatni, bo \(a=2\). To oznacza, że pierwsza z nich będzie miała ramiona paraboli skierowane do dołu, a druga będzie miała ramiona skierowane do góry:
Widzimy więc wyraźnie, że funkcja \(f(x)=-(x-2)^2+2\) przyjmuje najmniejszą wartość równą \(-\infty\), a największa wartość jest tutaj równa \(2\). W funkcji \(f(x)=2(x-1)^2+2\) najmniejszą wartością jest \(2\), a największą jest tutaj \(+\infty\). Nas interesuje ten drugi przypadek, zatem poszukiwanym wzorem będzie \(f(x)=2(x-1)^2+2\).
Zadanie 13. (1pkt) Czwarty wyraz ciągu geometrycznego o wyrazach dodatnich stanowi \(0,64\) drugiego wyrazu tego ciągu. Wskaż iloraz tego ciągu.
A. \(\frac{3}{5}\)
B. \(\frac{5}{3}\)
C. \(\frac{4}{5}\)
D. \(\frac{5}{4}\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Wprowadzenie oznaczeń do zadania.
Oznaczmy sobie drugi wyraz jako \(x\) oraz czwarty wyraz jako \(0,64x\), czyli:
$$a_{2}=x \\
a_{4}=0,64x$$
Krok 2. Obliczenie ilorazu ciągu geometrycznego.
Jak pomnożymy drugi wyraz ciągu przez \(q\) to otrzymamy trzeci wyraz, a jak jeszcze raz pomnożymy to przez \(q\) to otrzymamy wartość czwartego wyrazu, czyli zachodzi następująca równość:
$$a_{4}=a_{2}\cdot q\cdot q \\
a_{4}=a_{2}\cdot q^2$$
Podstawiając \(a_{2}=x\) oraz \(a_{4}=0,64x\) otrzymamy:
$$0,64x=x\cdot q^2 \\
q^2=0,64 \\
q=0,8 \quad\lor\quad q=-0,8$$
Skoro wszystkie wyrazy tego ciągu są dodatnie to na pewno \(q\) nie może być ujemne. Zostaje nam więc jedynie \(q=0,8\), czyli \(q=\frac{4}{5}\).
Zadanie 17. (1pkt) Punkty \(A, B, C, D\) są położone na okręgu o środku \(S\) tak, jak przedstawiono na rysunku. Odcinek \(AC\) jest średnicą tego okręgu. Wskaż miarę kąta \(BCA\).
A. \(18°\)
B. \(36°\)
C. \(54°\)
D. \(72°\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Dostrzeżenie trójkąta prostokątnego.
Jeżeli odcinek \(AC\) jest średnicą okręgu, to z własności trójkątów wpisanych w okręg możemy wywnioskować, że trójkąt \(ABC\) jest trójkątem prostokątnym.
Krok 2. Wyznaczenie miary kąta \(BAC\).
Kąt \(BAC\) jest kątem wpisanym, który jest oparty na tym samym łuku co znany nam kąt \(BDC\). Skoro tak, to z własności takich trójkątów wynika, że będą miały one równą miarę, stąd też:
$$|\sphericalangle BAC|=|\sphericalangle BDC|=36°$$
Krok 3. Obliczenie miary kąta \(BCA\).
Spójrzmy na trójkąt \(ABC\). Znamy już dwie miary kątów w tym trójkącie, czyli \(|\sphericalangle CBA|=90°\) oraz \(|\sphericalangle BAC|=36°\). W związku z tym miara kąta \(BCA\) będzie równa:
$$|\sphericalangle BCA|=180°-90°-36°=54°$$
Zadanie 23. (1pkt) Do wazonu w kształcie odwróconego stożka nalano tyle wody, aby sięgnęła do połowy jego wysokości (patrz rysunek). Jaka część objętości wazonu nie została napełniona?
A. \(\frac{1}{2}\)
B. \(\frac{5}{8}\)
C. \(\frac{3}{4}\)
D. \(\frac{7}{8}\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Obliczenie skali podobieństwa.
Obliczmy skalę podobieństwa tych dwóch stożków. Jeżeli duży stożek (czyli cały wazon) potraktujemy jako bryłę podstawową, a mały stożek (czyli napełnioną wodę) jako bryłę podobną, to widzimy wyraźnie że skala podobieństwa tych brył będzie równa \(k=\frac{1}{2}\), bo wysokość małego stożka jest dwukrotnie mniejsza od stożka dużego. Możemy nawet zapisać, że:
$$k=\frac{\frac{1}{2}H}{H} \\
k=\frac{1}{2}$$
Krok 2. Obliczenie stosunku objętości dwóch stożków.
Z własności brył podobnych wynika, że jeżeli jakaś bryła jest narysowana w skali podobieństwa równej \(k\), to jej objętość będzie \(k^3\) razy większa. W naszym przypadku \(k=\frac{1}{2}\), zatem jeżeli założymy sobie, że duży stożek ma objętość równą \(V_{1}\), to bryła podobna (czyli mały stożek) ma tę objętość równą:
$$V_{m}=V_{d}\cdot k^3 \\
V_{m}=V_{d}\cdot\left(\frac{1}{2}\right)^3 \\
V_{m}=\frac{1}{8}V_{d}$$
Krok 3. Interpretacja otrzymanego wyniku.
Wyszło nam, że objętość małego stożka stanowi \(\frac{1}{8}\) objętości dużego stożka. To oznacza, że woda zapełniła zaledwie \(\frac{1}{8}\) wazonu. Nas pytają się o to jaka część objętości wazonu nie jest napełniona, a będzie to oczywiście \(1-\frac{1}{8}=\frac{7}{8}\).
Zadanie 24. (1pkt) W pojemniku znajdują się kule białe, czarne i czerwone. Kul białych jest cztery razy więcej niż kul czarnych, a prawdopodobieństwo wylosowania kuli czerwonej jest równe \(\frac{1}{2}\). Losujemy jedną kulę. Ile wynosi prawdopodobieństwo wylosowania kuli białej?
A. \(\frac{1}{10}\)
B. \(\frac{1}{3}\)
C. \(\frac{1}{2}\)
D. \(\frac{2}{5}\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Ustalenie liczby wszystkich możliwych zdarzeń elementarnych.
Przyjmijmy sobie, żę \(x\) to liczba kul czarnych. Z treści zadania wynika, że kul białych będziemy mieć cztery razy więcej, zatem będziemy ich mieć \(4x\).
Łącznie kul czarnych i białych mamy zatem \(x+4x=5x\).
Z treści zadania wynika, że wylosowanie kuli czerwonej jest równe \(\frac{1}{2}\), a to prowadzi nas do wniosku, że kul czerwonych musi być tyle samo ile jest łącznie kul białych i czarnych. Możemy więc zapisać, że kul czerwonych mamy \(5x\).
To oznacza, że łącznie wszystkich kul (czyli tym samym zdarzeń elementarnych) będziemy mieć:
$$|Ω|=x+4x+5x=10x$$
Krok 2. Ustalenie liczby zdarzeń sprzyjających.
Sprzyjającym zdarzeniem jest wylosowanie kuli białej. Białych kul mamy \(4x\), stąd też możemy napisać, że \(|A|=4x\).
Krok 3. Obliczenie prawdopodobieństwa.
Prawdopodobieństwo obliczymy korzystając ze wzoru:
$$P(A)=\frac{|A|}{|Ω|}=\frac{4x}{10x}=\frac{4}{10}=\frac{2}{5}$$
Zadanie 25. (1pkt) Na dwa tygodnie przed egzaminem maturalnym uczniom klas trzecich pewnego liceum zadano pytanie: „Ile godzin dziennie poświęcasz nauce?”. Wyniki ankiety przedstawiono na diagramie kołowym.
Wskaż średnią liczbę godzin przeznaczonych przez uczniów tej szkoły na naukę.
A. \(4,5\)
B. \(4,9\)
C. \(5\)
D. \(5,2\)
Wyjaśnienie:
Korzystając z informacji zawartych na diagramie możemy zapisać, że średnia liczba godzin będzie równa:
$$0,1\cdot3h+0,3\cdot4h+0,3\cdot5h+0,25\cdot6h+0,05\cdot8h= \\
=0,3h+1,2h+1,5h+1,5h+0,4h=4,9h$$
Zadanie 26. (2pkt) Rozwiąż nierówność: \(x(x-4)\le(2x+1)(x-4)\).
Odpowiedź
\(x\in(-\infty;-1\rangle\cup\langle4;+\infty)\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Zapisanie nierówności w postaci ogólnej (lub iloczynowej).
Aby przystąpić do rozwiązywania nierówności musimy przenieść wszystkie wyrazy na lewą stronę, tak aby po prawej stronie było tylko \(0\). W związku z tym:
$$x(x-4)\le(2x+1)(x-4) \\
x(x-4)-(2x+1)(x-4)\le0$$
Tutaj się na chwilę zatrzymamy. Mamy tak naprawdę teraz dwie możliwości. Pierwszą z nich jest osiągnięcie postaci ogólnej, a więc mnożąc przez siebie te wszystkie nawiasy otrzymamy:
$$x(x-4)-(2x+1)(x-4)\le0 \\
x^2-4x-(2x^2-8x+x-4)\le0 \\
x^2-4x-2x^2+8x-x+4\le0 \\
-x^2+3x+4\le0$$
Jednak tutaj da się postąpić nieco sprytniej i możemy tę nierówność zapisać w postaci iloczynowej, dzięki czemu później szybciej wyznaczymy miejsca zerowe (uwaga na znaki!):
$$x(x-4)-(2x+1)(x-4)\le0 \\
(x-2x-1)(x-4)\le0 \\
(-x-1)(x-4)\le0$$
Krok 2. Obliczenie miejsc zerowych wielomianu.
Jeżeli mamy postać ogólną to miejsca zerowe obliczymy z użyciem klasycznej delty:
Współczynniki: \(a=-1,\;b=3,\;c=4\)
$$Δ=b^2-4ac=3^2-4\cdot(-1)\cdot4=9-(-16)=9+16=25 \\
\sqrt{Δ}=\sqrt{25}=5$$
$$x_{1}=\frac{-b-\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-3-5}{2\cdot(-1)}=\frac{-8}{-2}=4 \\
x_{2}=\frac{-b+\sqrt{Δ}}{2a}=\frac{-3+5}{2\cdot(-1)}=\frac{2}{-2}=-1$$
Jeżeli mieliśmy postać iloczynową, to wartość każdego z nawiasów musimy teraz przyrównać do zera:
$$-x-1=0 \quad\lor\quad x-4=0 \\
x=-1 \quad\lor\quad x=4$$
Krok 3. Szkicowanie wykresu paraboli.
Współczynnik \(a\) jest ujemny, bo \(a=-1\), więc parabola będzie mieć ramiona skierowane do dołu. Zaznaczamy więc obliczone przed chwilą miejsca zerowe (kropki zamalowane, bo w nierówności mamy znak \(\le\)) i nasza parabola będzie wyglądać w ten sposób:
Krok 4. Odczytanie rozwiązania.
Interesują nas miejsca w których funkcja przyjmuje wartości mniejsze od zera. To oznacza, że rozwiązaniem tej nierówności jest przedział \(x\in(-\infty;-1\rangle\cup\langle4;+\infty)\).
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 2.).
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).
Zadanie 27. (2pkt) Ciąg \((a_{n})\) jest określony wzorem \(a_{n}=\frac{4n+5}{2n+1}\) dla \(n\ge1\). Sprawdź, czy istnieje wyraz tego ciągu równy \(2\frac{1}{2}\).
Odpowiedź
Taki wyraz nie istnieje.
Wyjaśnienie:
Aby sprawdzić, czy w danym ciągu istnieje wyraz równy \(2\frac{1}{2}\) wystarczy rozwiązać następujące równanie:
$$\frac{4n+5}{2n+1}=2\frac{1}{2} \quad\bigg/\cdot(2n+1) \\
4n+5=2\frac{1}{2}\cdot(2n+1) \\
4n+5=5n+2\frac{1}{2} \\
-n=-2\frac{1}{2} \\
n=2\frac{1}{2}$$
Otrzymany wynik nie jest liczbą naturalną, a to sprawia, że liczba \(2\frac{1}{2}\) nie może być jednym z wyrazów tego ciągu.
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy obliczysz, że \(n=2\frac{1}{2}\), ale nie wyciągniesz z tego żadnych wniosków.
ALBO
• Gdy uzasadnisz, że ten ciąg jest malejący, ale nie obliczysz wartości drugiego i trzeciego wyrazu, które mogłyby potwierdzić, że nie istnieje wyraz ciągu równy \(2\frac{1}{2}\).
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Zadanie 28. (2pkt) Udowodnij, że nierówność \((x^2-3)^2+x^4\ge4\frac{1}{2}\) jest prawdziwa dla dowolnej liczby rzeczywistej.
Odpowiedź
Udowodniono upraszczając wyrażenie za pomocą wzorów skróconego mnożenia.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Przeniesienie wyrazów na lewą stronę.
Naszym zadaniem będzie przeniesienie wszystkich wyrazów na lewą stronę oraz umiejętne skorzystanie z wzorów skróconego mnożenia. Całość będzie wyglądać następująco:
$$(x^2-3)^2+x^4\ge4\frac{1}{2} \\
(x^2-3)^2+x^4-4\frac{1}{2}\ge0 \\
x^4-6x^2+9+x^4-4\frac{1}{2}\ge0 \\
2x^4-6x^2+4\frac{1}{2}\ge0 \quad\bigg/\cdot2 \\
4x^4-12x^2+9\ge0 \\
(2x^2-3)^2\ge0$$
Krok 2. Interpretacja otrzymanego wyniku.
Z racji tego iż każda liczba podniesiona do kwadratu daje wynik nieujemny, to wartość \((2x^2-3)^2\) jest na pewno większa od zera lub równa zero, zatem faktycznie ta nierówność będzie spełniona dla każdej liczby rzeczywistej.
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy przekształcisz nierówność do postaci \((2x^2-3)^2\ge0\) (Krok 1.).
2 pkt
• Gdy przeprowadzisz pełne dowodzenie.
Zadanie 29. (2pkt) Dla pewnej liczby rzeczywistej \(x\) liczby: \(1-x\), \(2-3x\), \(10+2x\) są trzema początkowymi wyrazami nieskończonego ciągu arytmetycznego \((a_{n})\), określonego dla \(n\ge1\). Wyznacz \(x\) oraz oblicz sumę dziesięciu początkowych wyrazów tego ciągu.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Obliczenie wartości \(x\).
Z własności ciągów arytmetycznych wynika, że dla trzech kolejno następujących po sobie wyrazów zachodzi następująca relacja:
$$a_{2}=\frac{a_{1}+a_{3}}{2}$$
Podstawiając do tego wzoru wartości podane w treści zadania otrzymamy:
$$2-3x=\frac{(1-x)+(10+2x)}{2} \\
2-3x=\frac{11+x}{2} \\
4-6x=11+x \\
-7x=7 \\
x=-1$$
Krok 2. Obliczenie wartości pierwszego, drugiego i trzeciego wyrazu.
Skoro \(x=-1\), to podstawiając tę wartość do wyrażeń podanych w treści zadania otrzymamy:
$$a_{1}=1-(-1)=1+1=2 \\
a_{2}=2-3\cdot(-1)=2-(-3)=5 \\
a_{3}=10+2\cdot(-1)=10-2=8$$
Krok 3. Obliczenie różnicy ciągu arytmetycznego.
Znając wartość pierwszego i drugiego wyrazu ciągu bez problemu obliczymy różnicę ciągu:
$$r=a_{2}-a_{1} \\
r=5-2 \\
r=3$$
Krok 4. Obliczenie sumy dziesięciu pierwszych wyrazów.
Znamy wartość \(a_{1}=2\), wiemy też że \(r=3\), zatem możemy obliczyć sumę dziesięciu pierwszych wyrazów:
$$S_{n}=\frac{2a_{1}+(n-1)r}{2}\cdot n \\
S_{10}=\frac{2\cdot2+(10-1)\cdot3}{2}\cdot10 \\
S_{10}=\frac{4+9\cdot3}{2}\cdot10 \\
S_{10}=\frac{4+27}{2}\cdot10 \\
S_{10}=\frac{31}{2}\cdot10 \\
S_{10}=15,5\cdot10 \\
S_{10}=155$$
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy obliczysz wartość pierwszego wyrazu (patrz: Krok 2.) oraz różnicę ciągu (patrz: Krok 3.).
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Zadanie 30. (2pkt) Osią symetrii paraboli będącej wykresem funkcji kwadratowej \(f(x)=ax^2+bx+3\), gdzie \(a\neq0\), jest prosta o równaniu \(x=-2\). Wierzchołek paraboli leży na prostej o równaniu \(y=-x+2\). Wyznacz wzór funkcji \(f\) w postaci ogólnej lub kanonicznej.
Odpowiedź
\(y=-\frac{1}{4}(x+2)^2+4\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Wyznaczenie współrzędnych wierzchołka paraboli.
Na początek wyznaczmy współrzędne wierzchołka paraboli \(W=(p;q)\). Jedną z własności paraboli jest to, że jej oś symetrii przechodzi zawsze przez wierzchołek. To oznacza, że skoro osią symetrii jest prosta o równaniu \(x=-2\), to pierwszą współrzędną wierzchołka będzie \(p=-2\).
Wiemy też, że wierzchołek leży na prostej o równaniu \(y=-x+2\). Skoro tak, to obliczmy wartość dla \(x=-2\), czyli wartość przyjmowaną w wierzchołku:
$$y=-(-2)+2 \\
y=2+2 \\
y=4$$
To oznacza, że współrzędne wierzchołka to \(W=(-2;4)\).
Krok 2. Wyznaczenie wzoru w postaci kanonicznej.
Skoro znamy współrzędne wierzchołka paraboli to możemy skorzystać z postaci kanonicznej \(y=a(x-p)^2+q\). Podstawiając zatem \(p=-2\) oraz \(q=4\) otrzymamy:
$$y=a(x-(-2))^2+4 \\
y=a(x+2)^2+4$$
Do pełnego wzoru brakuje nam jeszcze tylko poznania współczynnika \(a\). Aby poznać pełny wzór tej funkcji musimy podstawić do powyższej postaci współrzędne jakiegoś punktu (innego niż wierzchołek) przez który ta parabola przechodzi.
Tu z pomocą przyjdzie nam ciekawa informacja, która jest zaszyta w postaci ogólnej, która pojawiła się w treści zadania. Wiemy, że funkcja ta w postaci ogólnej przybiera postać \(f(x)=ax^2+bx+3\). Niezależnie od tego jakie są wartości współczynników \(a\) oraz \(b\), to podstawiając \(x=0\) otrzymamy informację, że:
$$f(0)=a\cdot0^2+b\cdot0+3 \\
f(0)=0+0+3 \\
f(0)=3$$
To oznacza, że parabola na pewno przechodzi przez punkt \(A\), o współrzędnych \(A=(0;3)\). Podstawiając teraz te współrzędne do postaci \(y=a(x+2)^2+4\) wyznaczymy brakujący współczynnik \(a\):
$$3=a\cdot(0+2)^2+4 \\
3=a\cdot2^2+4 \\
3=a\cdot4+4 \\
4a=-1 \\
a=-\frac{1}{4}$$
Możemy więc już zapisać, że wzór funkcji w postaci kanonicznej to \(y=-\frac{1}{4}(x+2)^2+4\).
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy wyznaczysz współrzędne wierzchołka paraboli (patrz: Krok 1.).
2 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Zadanie 31. (3pkt) Na ściankach symetrycznej dwunastościennej kostki do gry zapisano liczby \(1, 2, 3,..., 12\) (jak na rysunku). Rzucamy tą kostką trzy razy i zapisujemy wyrzucone liczby w kolejności otrzymywania, tworząc ciąg trójwyrazowy. Oblicz prawdopodobieństwo zdarzenia, że utworzymy w ten sposób ciąg geometryczny o ilorazie całkowitym. Uwaga. Ciąg stały jest ciągiem geometrycznym.
Odpowiedź
\(P(A)=\frac{1}{108}\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Obliczenie liczby wszystkich zdarzeń elementarnych.
Rzucamy trzykrotnie dwunastościenną kostką. W każdym rzucie możemy otrzymać jeden z dwunastu wyników, zatem wszystkich zdarzeń elementarnych zgodnie z regułą mnożenia będziemy mieć:
$$|Ω|=12\cdot12\cdot12=1728$$
Krok 2. Obliczenie liczby zdarzeń sprzyjających.
Zdarzeniem sprzyjającym jest sytuacja w której wylosowane liczby utworzą ciąg geometryczny, czyli przykładowo takimi zdarzeniami mogą być \(2,4,8\) lub też \(1,3,9\). Musimy wypisać wszystkie możliwe warianty. Warto tutaj zwrócić uwagę, że iloraz \(q\) w takich ciągach musi być liczbą naturalną. Jakbyśmy mieli \(q\) w postaci liczby niecałkowitej (np. w postaci ułamka typu \(\frac{1}{2}\)) to w ciągu będą pojawiać nam się liczby niecałkowite, a takich na kości nie mamy. Najprościej będzie wypisać wszystkie warianty w następujący sposób:
Gdy \(q=1\):
\((1,1,1), (2,2,2), (3,3,3),..., (12,12,12)\)
Mamy więc tutaj \(12\) takich zdarzeń.
Gdy \(q=2\):
\((1,2,4), (2,4,8), (3,6,12)\)
Mamy więc tutaj \(3\) takie zdarzenia.
Gdy \(q=3\):
\((1,3,9)\)
Mamy więc tutaj \(1\) takie zdarzenie.
Łącznie zdarzeń sprzyjających mamy zatem:
$$|A|=12+3+1=16$$
Krok 3. Obliczenie prawdopodobieństwa.
$$P(A)=\frac{|A|}{|Ω|}=\frac{16}{1728}=\frac{1}{108}$$
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
ALBO
• Gdy wykonasz wszystkie kroki, ale otrzymasz wynik większy od \(1\).
1 pkt
• Gdy obliczysz liczbę wszystkich zdarzeń elementarnych (patrz: Krok 1.).
ALBO
• Gdy obliczysz liczbę wszystkich zdarzeń sprzyjających (patrz: Krok 2.).
2 pkt
• Gdy obliczysz liczbę wszystkich zdarzeń elementarnych (patrz: Krok 1.) oraz gdy obliczysz liczbę wszystkich zdarzeń sprzyjających (patrz: Krok 2.).
3 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Zadanie 32. (3pkt) W ostrosłupie prawidłowym trójkątnym o wysokości \(2\sqrt{3}\) krawędź boczna tworzy z podstawą kąt \(45°\). Oblicz objętość tego ostrosłupa.
Wyjaśnienie:
Krok 1. Sporządzenie rysunku pomocniczego.
Wiemy, że ostrosłup jest prawidłowy trójkątny, czyli w podstawie będzie miał trójkąt równoboczny. Zróbmy więc prosty rysunek szkicowy i nanieśmy na niego dane z treści zadania:
Krok 2. Wyznaczenie długości odcinka \(PC\).
Patrząc się na nasz szkicowy rysunek powinniśmy dostrzec, że trójkąt prostokątny \(PCS\) jest jednocześnie trójkątem równoramiennym. Wynika to wprost z własności trójkątów prostokątnych - kiedy jeden kąt ostry ma miarę \(45°\), to i drugi kąt ostry w tym trójkącie ma taką miarę. Z tego też względu długości przyprostokątnych w tym trójkącie są jednakowe, a skoro wysokość \(SP\) ma miarę \(2\sqrt{3}\), to i odcinek \(PC\) będzie miał miarę \(|PC|=2\sqrt{3}\).
Krok 3. Obliczenie długości wysokości trójkąta znajdującego się w podstawie.
Odcinek \(PC\) stanowi \(\frac{2}{3}\) długości wysokości trójkąta równobocznego, który znalazł się w podstawie. W związku z tym:
$$\frac{2}{3}h_{p}=2\sqrt{3} \quad\bigg/\cdot3 \\
2h_{p}=6\sqrt{3} \\
h_{p}=3\sqrt{3}$$
Krok 4. Obliczenie długości krawędzi podstawy.
Znając wysokość trójkąta równobocznego możemy bez problemu obliczyć długość boku trójkąta. Dokonamy tego korzystając ze wzoru na wysokość trójkąta równobocznego:
$$h_{p}=\frac{a\sqrt{3}}{2} \\
3\sqrt{3}=\frac{a\sqrt{3}}{2} \quad\bigg/\cdot2 \\
6\sqrt{3}=a\sqrt{3} \\
a=6$$
Krok 5. Obliczenie objętości ostrosłupa.
Wiedząc, że bok trójkąta równobocznego ma długość \(a=6\) możemy przejść do obliczenia pola podstawy:
$$P_{p}=\frac{a^2\sqrt{3}}{4} \\
P_{p}=\frac{6^2\sqrt{3}}{4} \\
P_{p}=\frac{36\sqrt{3}}{4} \\
P_{p}=9\sqrt{3}$$
Krok 6. Obliczenie objętości ostrosłupa.
Znamy pole podstawy, znamy też wysokość ostrosłupa, zatem:
$$V=\frac{1}{3}P_{p}\cdot H \\
V=\frac{1}{3}\cdot9\sqrt{3}\cdot2\sqrt{3} \\
V=3\sqrt{3}\cdot2\sqrt{3} \\
V=6\cdot3 \\
V=18$$
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy obliczysz długość odcinka \(PC\) (patrz: Krok 2.).
2 pkt
• Gdy obliczysz wysokość podstawy ostrosłupa (patrz: Krok 3.) oraz długość krawędzi podstawy (patrz: Krok 4.).
3 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Zadanie 33. (4pkt) W trapezie prostokątnym \(ABCD\) o podstawach \(AB\) i \(CD\) przekątna \(AC\) jest prostopadła do ramienia \(BC\), dłuższa podstawa \(AB\) ma długość \(9\), a sinus kąta \(CAD\) jest równy \(\frac{\sqrt{3}}{3}\). Oblicz pole tego trapezu.
Odpowiedź
\(P=18\sqrt{2}\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Sporządzenie rysunku pomocniczego.
W trapezie podstawy są względem siebie równoległe. Korzystając zatem z własności kątów naprzemianległych możemy stwierdzić, że jeżeli kąt \(CAB\) oznaczymy jako \(α\), to także kąt \(ACD\) będzie miał miarę równą \(α\). Możemy więc powiedzieć, że w trójkątach \(ABC\) oraz \(ACD\) dwie znane nam miary kątów są jednakowe (kąt prosty oraz \(α\)), zatem i trzecia miara tego kąta musi być jednakowa (możemy ją oznaczyć jako \(β\)). To oznacza, że powstanie nam taka oto sytuacja:
Krok 2. Obliczenie długości przekątnej \(AC\).
Z treści zadania wynika, że sinus kąta \(CAD\) (czyli naszego kąta β) jest równy \(\frac{\sqrt{3}}{3}\). Nie za bardzo wykorzystamy tę informację w trójkącie \(ACD\) (bo nie znamy choćby jednej długości boku tego trójkąta), ale możemy tę informację wykorzystać w trójkącie \(ABC\), wszak tutaj też jest kąt \(β\). Znamy długość przeciwprostokątnej tego trójkąta \(a=9\), zatem:
$$sinβ=\frac{|AC|}{|AB|} \\
\frac{\sqrt{3}}{3}=\frac{|AC|}{9} \\
|AC|=3\sqrt{3}$$
Krok 3. Obliczenie długości boku \(CD\).
Wracamy do naszego trójkąta \(ACD\). Znamy już długość przeciwprostokątnej tego trójkąta, bowiem \(|AC|=3\sqrt{3}\). Korzystając zatem z początkowej informacji o tym, że sinus kąta \(CAD\) jest równy \(\frac{\sqrt{3}}{3}\) możemy zapisać, że:
$$sinβ=\frac{|CD|}{|AC|} \\
\frac{\sqrt{3}}{3}=\frac{|CD|}{3\sqrt{3}} \\
|CD|=\frac{\sqrt{3}\cdot3\sqrt{3}}{3} \\
|CD|=\frac{9}{3} \\
|CD|=3$$
To oznacza, że górna podstawa ma długość \(b=3\).
Krok 4. Obliczenie wysokości \(AD\) (czyli wysokości trapezu).
Ponownie spoglądamy na mały trójkąt prostokątny \(ACD\). Znamy dwie długości w tym trójkącie, zatem i trzecią (będącą wysokością trapezu) bez problemu możemy policzyć, korzystając oczywiście z Twierdzenia Pitagorasa:
$$3^2+h^2=(3\sqrt{3})^2 \\
9+h^2=9\cdot3 \\
9+h^2=27 \\
h^2=18 \\
h=\sqrt{18} \quad\lor\quad h=-\sqrt{18}$$
Ujemny wynik oczywiście odrzucamy, bo długość nie może być ujemna, zatem zostaje nam \(h=\sqrt{18}\), co możemy jeszcze rozpisać jako \(h=\sqrt{9\cdot2}=3\sqrt{2}\).
Krok 5. Obliczenie pola trapezu.
Mamy już komplet informacji, znamy długości dwóch podstaw \(a=9\) oraz \(b=3\), znamy też wysokość trapezu \(h=3\sqrt{2}\), zatem:
$$P=\frac{1}{2}(a+b)\cdot h \\
P=\frac{1}{2}\cdot(9+3)\cdot3\sqrt{2} \\
P=\frac{1}{2}\cdot12\cdot3\sqrt{2} \\
P=6\cdot3\sqrt{2} \\
P=18\sqrt{2}$$
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy dostrzeżesz podobieństwo trójkątów (patrz: Krok 1.).
2 pkt
• Gdy obliczysz długość przekątnej \(AC\) (patrz: Krok 2.).
3 pkt
• Gdy obliczysz długość boku \(BD\) (patrz: Krok 3.) oraz wysokość \(AD\) (patrz: Krok 4.).
4 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Zadanie 34. (5pkt) W trójkącie \(ABC\) wierzchołek \(A\) ma współrzędne \((1,6)\), wierzchołek \(B\) leży na osi \(Oy\), a \(|\sphericalangle ACB|=90°\). Prosta o równaniu \(y=\frac{1}{2}x+\frac{1}{2}\) jest równoległa do boku \(BC\) i przecina każdy z boków \(AB\) i \(AC\) w połowie. Wyznacz współrzędne wierzchołków \(B\) i \(C\) tego trójkąta.
Odpowiedź
\(B=\left(0;-4\frac{1}{2}\right)\) oraz \(C=(5;-2)\)
Wyjaśnienie:
Krok 1. Sporządzenie rysunku pomocniczego.
Zaznaczając w układzie współrzędnych dane z treści zadania otrzymamy następującą sytuację:
Warto zwrócić uwagę na to, że kąt \(ANM\) będzie także miał miarę \(90°\), bo proste \(BC\) oraz \(MN\) są względem siebie równoległe, zatem miary kątów \(ACB\) oraz \(ANM\) są sobie równe.
Krok 2. Wyznaczenie równania prostej \(AN\) (oraz \(AC\)).
Prosta \(AN\) (lub \(AC\)) to prosta prostopadła do prostej \(y=\frac{1}{2}x+\frac{1}{2}\). Aby dwie proste były względem siebie prostopadłe, to iloczyn ich współczynników kierunkowych musi być równy \(-1\). Skoro nasza pierwsza prosta ma współczynnik \(a=\frac{1}{2}\), to prosta \(AN\) będzie mieć ten współczynnik \(a=-2\), bo \(-2\cdot\frac{1}{2}=-1\). To oznacza, że prosta \(AN\) wyrażać się będzie równaniem \(y=-2x+b\). Do poznania pełnego wzoru musimy jeszcze wyznaczyć współczynnik \(b\).
Współczynnik \(b\) wyznaczymy podstawiając do zapisanego przed chwilą równania wartości współrzędnych jakiegoś punktu, który przez tą prostą przechodzi. W naszym przypadku znamy współrzędne punktu \(A=(1,6)\), zatem podstawiając \(x=1\) oraz \(y=6\) do postaci \(y=-2x+b\) otrzymamy:
$$6=-2\cdot1+b \\
6=-2+b \\
b=8$$
To oznacza, że równanie prostej \(AN\) przyjmuje postać \(y=-2x+8\).
Krok 3. Wyznaczenie współrzędnych punktu \(N\).
Punkt \(N\) jest miejscem przecięcia się prostych \(MN\) oraz \(AN\). Znamy równania jednej i drugiej prostej, zatem tworząc z nich układ równań będziemy mogli wyznaczyć współrzędne punktu \(N\):
$$\begin{cases}
y=\frac{1}{2}x+\frac{1}{2} \\
y=-2x+8
\end{cases}$$
Korzystając z metody podstawiania otrzymamy:
$$\frac{1}{2}x+\frac{1}{2}=-2x+8 \\
2\frac{1}{2}x=7\frac{1}{2} \\
x=3$$
Znamy już wartość współrzędnej iksowej, musimy jeszcze poznać wartość współrzędnej igrekowej, a dokonamy tego podstawiając \(x=3\) do wybranego równania (np. drugiego):
$$y=-2x+8 \\
y=-2\cdot3+8 \\
y=-6+8 \\
y=2$$
To oznacza, że \(N=(3;2)\).
Krok 4. Wyznaczenie współrzędnych punktu \(C\).
Punkt \(N\) jest środkiem odcinka \(AC\). Znamy współrzędne punktu \(A=(1,6)\), znamy też już współrzędne punktu \(N=(3;2)\), zatem możemy ze wzoru na środek odcinka wyznaczyć współrzędne punktu \(C\). Dla przejrzystości obliczeń najlepiej jest oddzielnie policzyć współrzędną iksową i oddzielnie współrzędną igrekową:
$$x_{N}=\frac{x_{A}+x_{C}}{2} \\
3=\frac{1+x_{C}}{2} \\
6=1+x_{C} \\
x_{C}=5 \\
\quad \\
y_{N}=\frac{y_{A}+y_{C}}{2} \\
2=\frac{6+y_{C}}{2} \\
4=6+y_{C} \\
y_{C}=-2$$
Wyszło nam zatem, że \(C=(5;-2)\).
Krok 5. Wyznaczenie równania prostej \(BC\).
Prosta \(BC\) jest równoległa do prostej \(MN\), zatem te dwie proste będą mieć jednakowy współczynnik \(a\). Skoro więc prosta \(MN\) ma współczynnik \(a=\frac{1}{2}\), to i prosta \(BC\) będzie mieć \(a=\frac{1}{2}\). To z kolei oznacza, że prosta \(BC\) będzie wyrażać się równaniem \(y=\frac{1}{2}x+b\). Musimy jeszcze poznać wartość współczynnika \(b\), a dokonamy tego podstawiając do tego równania współrzędne punktu \(C\).
$$-2=\frac{1}{2}\cdot5+b \\
-2=2\frac{1}{2}+b \\
b=-4\frac{1}{2}$$
To oznacza, że równaniem prostej \(BC\) będzie \(y=\frac{1}{2}x-4\frac{1}{2}\).
Krok 6. Wyznaczenie współrzędnych punktu \(B\).
O punkcie \(B\) wiemy tyle, że leży on na osi igreków, czyli na pewno współrzędna iksowa tego punktu jest równa \(x=0\). Możemy więc do równania prostej \(BC\), czyli \(y=\frac{1}{2}x-4\frac{1}{2}\) podstawić \(x=0\) i otrzymamy współrzędną igrekową naszego punktu. Tak prawdę mówiąc, to współrzędną igrekową punktu \(B\) możemy wprost odczytać ze wzoru funkcji - wystarczy spojrzeć na współczynnik \(b\) tej prostej, bo to on pokazuje nam jaka jest współrzędna igrekowa naszego punktu \(B\). Skoro współczynnik \(b=-4\frac{1}{2}\), to współrzędna \(y=-4\frac{1}{2}\). To oznacza, że \(B=\left(0;-4\frac{1}{2}\right)\).
Wyjaśnienie punktacji:
Przyznaj sobie:
0 pkt
• Gdy brakuje jakiegokolwiek postępu prowadzącego do rozwiązania zadania.
1 pkt
• Gdy wyznaczysz równanie prostej \(AN\) (patrz: Krok 2.).
2 pkt
• Gdy obliczysz współrzędne punktu \(N\) (patrz: Krok 3.).
3 pkt
• Gdy obliczysz współrzędne punktu \(C\) (patrz: Krok 4.).
4 pkt
• Gdy wyznaczysz równanie prostej \(BC\) (patrz: Krok 5.).
5 pkt
• Gdy otrzymasz oczekiwany wynik.
Super maturka. Pozdrawiam
czy w zadaniu 31 nie powinno być 19/1728 ponieważ są jeszcze trzy ciągi malejące o ilorazie całkowitym?
Nie utworzysz ciągu malejącego, który ma całkowity iloraz :) Ciąg malejący moglibyśmy otrzymać przy q równym np. 1/2. Wtedy mielibyśmy chociażby ciąg (12;6;3).
Dlaczego w zadaniu 11 będą nas interesować same q dodatnie?
Funkcja przyjmuje największą lub najmniejszą wartość w wierzchołku. Skoro więc najmniejsza wartość naszej funkcji to 2, to q musi być równe 2 :)
Witam, dlaczego w 6 zadaniu jeśli liczymy na piechotę to prawidłowa odpowiedz wychodzi b? na koncu wyjdzie -9< 0
Musisz coś źle obliczać :) Strzelam, że winne są tutaj obliczenia rachunkowe oraz źle zastosowany wzór skróconego mnożenia. Pamiętaj, że (2-x)^2 to nie jest wbrew pozorom 4-x^2 :) Musimy tutaj skorzystać ze wzoru skróconego mnożenia (a-b)^2=a^2-2ab+b^2
Co stało się z 9 w 28 zadaniu ?
Zastosowałem tu wzór skróconego mnożenia (a-b)^2=a^2-2ab+b^2, zwijając całość wyrażenia :) (2x^2-3)^2=4x^4-12x^2+9
Zadanie 32. Skoro odcinek PC jest równy SP, i oba wynoszą 2√3, to dlaczego długość krawędzi, która jest równocześnie przeciwprostokątną trójkąta PSC nie jest równa
2√3*√2=2√6 (z własności trójkąta o kątach 45,45,90)?
Dobrze kombinujesz, ta krawędź boczna ma długość 2√6, tylko tylko że my jej nie potrzebujemy do obliczeń :) My musimy poznać wysokość trójkąta znajdującego się w podstawie, a potem z tej wysokości przejść do długości krawędzi podstawy – krawędź boczna nas nie interesuje ;)