1—10, 11—20,
21—30, 31—40, 41—50, 51—60, 61—70, 71—80, 81—90, 91—100, 101—110, 111—115 11
SatunnainenKäytössäsi on $164$ metriä narua, jolla sinun tulee rajata mahdollisimman suuri suorakulmion muotoinen uintialue järvestä. Alueen yhtenä sivusta toimii rantaviiva. Mikä on alueen pinta-ala?
Vihje ääriarvoDerivaattapinta-alaSuorakaide
12
SatunnainenYmpyrälieriön pohjan halkaisijan ja korkeuden summa on $45$ cm. Määritä lieriön suurin tilavuus.
Vihje ääriarvoDerivaattaTilavuusYmpyrälieriö
13
SatunnainenTorimummo myi sukkia torilla. Kun sukkien hinta oli $9$ euroa parilta, hän myi päivässä $70$ paria sukkia. Mummo huomasi, että euron hinnankorotus alensi sukkien myyntiä $6$ parilla. Millä hinnalla päivämyynnin arvo on suurimmillaan?
14
SatunnainenErikoisvalmisteisten vappunenien myyntimäärä riippuu lineaarisesti tuotteen hinnasta siten että 14 euron hinnalla tuotetta myytiin 330 kpl, ja 18 euron hinnalla 286 kappaletta. Millä hinnalla myynnin arvo on suurin?
15
SatunnainenKauppias arvioi, että jos torakoiden kilohinta on $x$ euroa, torakoita myydään päivässä $23 - 1.8x$ kilogrammaa.
a) Millä kilohinnalla päivämyynnin arvo on suurin?
b) Kuinka suuri on päivämyynnin arvo?
16
SatunnainenLaske paraabelin $y=x^2$ pituus välillä $-1\leq x \leq 2$.
Vihje Käyrän pituusParaabeli
1
Paraabeli Käyrän pituus Muuttujan vaihto
Näytä ratkaisu
Käyrän pituus $L$ on
$$
L = \int_a^b \sqrt{1 + \left( \frac{dy}{dx} \right)^2} dx
$$
Paraabelin $y = x^2$ derivaatta on helppo, $\frac{dy}{dx} = y' = 2x$, joten pituus on
$$
L = \int_{-1}^2 \sqrt{1 +(2x)^2}dx
= \int_{-1}^2 \sqrt{1+4x^2}dx
$$
Mitenkäs tuo integroidaan? Integraali menee Geogebralla tai Wolfram Alphalla. Käsin lasku tehdään standardimuuttujan-vaihdoksella, $x = \sinh t$ tai $x=\tan t$, mutta lopulta saadaan
$$
\begin{align*}
\int_{-1}^2 \sqrt{1+4x^2}dx
&= \Bigg| _{x=-1}^{x=2} \Bigg.\left[ \frac12 x \sqrt{1+ 4x^2} - \frac14 \ln| -2x+\sqrt{1+4x^2} | \right] \\
&= \frac14\left[ 4\sqrt{17} + 2\sqrt5 + \ln( \sqrt{17\times5} + 2\sqrt{17} + 4\sqrt{5} +8 )\right]
\end{align*}
$$
17
SatunnainenLaske ympyrän kehän pituus.
Vihje Käyrän pituusPiiriympyrä
1
Ympyrä Puoliympyrä
Näytä ratkaisu
Ympyrälle pätee $x^2 + y^2 = r^2$, joten saadaan positiivinen puoliympyrä $y = \sqrt{r^2 - x^2}$.
Käyrän pituus on
$$
\int_a^b \sqrt{1 + \left( \frac{dy}{dx} \right)^2 } dx
$$
Integroimisrajat ovat $-r \leq x \leq r$ ja derivaatta on helppo laskea
ja derivaatta tulee heittämällä
$$
\frac {dy}{dx}
=
\frac d{dx } \sqrt{r^2 - x^2}
=
\frac{-x}{
\sqrt{r^2-x^2}
}
$$
Saadaan
\begin{align*}
\int_{-r}^r \sqrt{1 + \left( \frac{dy}{dx} \right)^2 } dx
&=
\int_{-r}^r \sqrt{1 + \frac{x^2}{r^2 - x^2}}dx \\
&=
\int_{-r}^r \sqrt{ \frac{r^2 }{r^2 - x^2} } dx \\
&=
\int_{-r}^r \frac r{r\sqrt{1 - \left( \frac{x}{r} \right)^2}} d x
\end{align*}
Integraali on standardimuotoa ja helppo integroida, mm. Geogebra tekee sen heittämällä. Saadaan (sijoituksella $u= \frac xr$)
$$
\int_{-r}^r \frac r{r\sqrt{1 - \left( \frac{x}{r} \right)^2}} d x
= \pi r
$$
joten koko ympyrän kehä on $2\pi r$.
2
Ympyrä Ympyrän parametrisointi Käyrän pituus
Näytä ratkaisu
Koska sileälle infinitesimaaliselle mitalle saadaan $ds^2 = dx^2 + dy^2$, käyrän infinitesimaalinen pythagorasmainen pituus on
$$
ds = \sqrt{dx^2 + dy^ 2} = \sqrt{ \left( \frac{dx}{d\theta}\right)^2 + \left( \frac{dy}{d \theta} \right)^2 } d\theta
$$
josta sileän käyrän pituudeksi integroimalla (ja parametrisoimalla kulmamuuttujan $\theta$ suhteen) saadaan
$$
S = \int_a^b ds = \int_a^b \sqrt{ \left( \frac{dx}{d\theta}\right)^2 + \left( \frac{dy}{d \theta} \right)^2 } d\theta
$$
Ympyrälle
$$
\begin{align*}
x &= r \cos \theta \\
y &= r \sin \theta
\end{align*}
$$
ja $0\leq \theta\leq 2\pi$, joten saadaan derivaatat
$$\begin{align*}
\frac{dx}{d\theta} &= -r\sin\theta \\
\frac{dy}{d\theta} &= r\cos\theta
\end{align*}$$
Korotetaan ne toiseen potenssiin ja lasketaan yhteen, saadaan
$$
\left( \frac{dx}{d\theta} \right)^2 + \left( \frac{dy}{d\theta} \right)^2
= r^2\sin^2\theta + r^2\cos^2\theta = r^2
$$
Käyrän pituudeksi $S$ saadaan
$$
S = \int_0^{2\pi} \sqrt{
\left( \frac {dx}{d\theta} \right)^2 + \left( \frac{dx}{d\theta} \right)^2} d \theta
=
\int_0^{2\pi} \sqrt{r^2} d\theta = r\int_0^{2\pi} d\theta
= 2\pi r
$$
3
Napakoordinaatisto Käyrän pituus Muuttujan vaihto Ympyrän parametrisointi
Näytä ratkaisu
Lasketaan napakoordinaatistossa. Käyrän $f$ pituus on
$$\begin{align*}
S = \int ds
&= \int_a^b
\sqrt{1 + \left( \frac{df}{dx} \right)^2}dx \\
&=
\int_{\theta_0}^{\theta_1}
\sqrt{r^2 + \left( \frac{dr}{d\theta} \right)^2}d\theta
\end{align*}$$
(Se saadaan muuttujanvaihdolla, ei lasketa nyt).
Koska $r$ on vakio, $\frac{dr}{d\theta} = 0$, jolloin saadaan
$$\begin{align*}
S &= \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{r^2 + \left( \frac{dr}{d\theta} \right)^2}\\
&= \int_0^{2\pi} \sqrt{ r^2 } d\theta \\
&= 2\pi r - 0 \\
&= 2\pi r
\end{align*}$$
18
UK Mathematics TrustNumerot 1, 2, 3, 4 ja 5 voidaan järjestää 120 eri tavalla viisinumeroiseksi luvuksi (esim. 12345, 54321). Kun nämä 120 lukua laitetaan suuruusjärjestykseen, mikä on listan 100. numero?
Vihje JärjestysKombinatoriikka
1
Näytä ratkaisu
Numerolla 1 alkavia lukuja on $4!=24$ kpl, numerolla 2 samaten jne. Siis numeroilla 1, 2, 3 tai 4 alkavia lukuja on $4!\times 4 = 96$ kpl. Järjestetään loput käsin:
\begin{align*}
97. && 51234\\
98. && 51243\\
99. && 51324\\
100. && 51342
\end{align*}
Siis vastaus o $5134$.
19
SatunnainenSievennä
$$ {\sqrt[3]x^\sqrt[6]{x^4}}^{x^6}$$
Vihje MurtopotenssiPotenssi
20
NutenRatkaise $x$ yhtälöstä
$$ 8^x + 8^{x+1} = 3^2\times 2^2$$
1
Murtopotenssi Potenssi
Näytä ratkaisu
Selvästi saadaan
$$\begin{align*}
8^x + 8^{x+1} &= 3^2 \times 2^2\\
8^x + 8\times8^x &= 9\times 4 \\
8^x( 1+8 )&= 9\times 4\\
8^x \times 9 &= 9 \times 4 &&|| \div 9\\
8^x &= 4
\end{align*}$$
Tästä voidaan laskea vaikka logaritmeilla, mutta nyt saadaan se helpommin, koska
$$8^x = (2^3)^x = 2^{3x} = 4 = 2^2$$
Eli saadaan uusi yhtälö $2^{3x} = 2^2$, josta saman kantaluvun perusteella saadaan $3x = 2$, joten $x = \frac23$.
1—10, 11—20,
21—30, 31—40, 41—50, 51—60, 61—70, 71—80, 81—90, 91—100, 101—110, 111—115