Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
 № 2010
i

Дана функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = ко­си­нус x минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус 2x, x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус Пи ; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка .

а)  Ре­ши­те урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 1.

б)  Най­ди­те наи­боль­шую длину про­ме­жут­ка мо­но­тон­но­сти функ­ции f.

в)  Сколь­ко ре­ше­ний (в за­ви­си­мо­сти от a) имеет урав­не­ние f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка =a?

г)  Рас­смот­рим тело, огра­ни­чен­ное плос­ко­стя­ми x= минус Пи , x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби и по­верх­но­стью, по­лу­ча­е­мой при вра­ще­нии гра­фи­ка функ­ции f во­круг пря­мой y=m (ле­жа­щей в плос­ко­сти Oxy). При каком m объем этого тела будет наи­мень­шим?

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

а)  Обо­зна­чим  ко­си­нус x=t, тогда  ко­си­нус 2x=2 ко­си­нус в квад­ра­те x минус 1=2t в квад­ра­те минус 1. По­лу­ча­ем

t минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 2t в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 1 рав­но­силь­но 2t минус левая круг­лая скоб­ка 2t в квад­ра­те минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 2 рав­но­силь­но
 рав­но­силь­но 2t минус 2t в квад­ра­те плюс 1= минус 2 рав­но­силь­но 2t в квад­ра­те минус 2t минус 3=0 рав­но­силь­но t= дробь: чис­ли­тель: 1\pm ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Тогда  ко­си­нус x= дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби или  ко­си­нус x= дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Пер­вое не­воз­мож­но, по­сколь­ку  дробь: чис­ли­тель: 1 плюс ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби боль­ше 1. Вто­рое же дает x=\pm арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби плюс 2 Пи k, где k при­над­ле­жит Z . Оста­лось вы­брать x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус Пи ; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . Ясно что  дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби мень­ше 0, по­это­му  арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; Пи пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . От­сю­да сле­ду­ет, что под­хо­дит толь­ко x= минус арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

б)  Возь­мем про­из­вод­ную от дан­ной функ­ции

f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка = левая круг­лая скоб­ка ко­си­нус x минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус 2x пра­вая круг­лая скоб­ка '= минус синус x минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка минус синус 2x пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на 2=
= минус синус x плюс синус 2x=2 синус x ко­си­нус x минус синус x= синус x левая круг­лая скоб­ка 2 ко­си­нус x минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка .

Про­ме­жут­ки мо­но­тон­но­сти f со­от­вет­ству­ют про­ме­жут­кам зна­ко­по­сто­ян­ства f'. Функ­ция f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка не­пре­рыв­на. Най­дем ее корни, тогда на про­ме­жут­ках между ними она зна­ко­по­сто­ян­на. Тогда

 синус x левая круг­лая скоб­ка 2 ко­си­нус x минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =0 рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний синус x=0, ко­си­нус x= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби конец со­во­куп­но­сти . рав­но­силь­но со­во­куп­ность вы­ра­же­ний x=0,x= минус Пи , x= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби , x= минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби . конец со­во­куп­но­сти .

Зна­чит, про­ме­жут­ка­ми зна­ко­по­сто­ян­ства будут  левая квад­рат­ная скоб­ка минус Пи ; минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ,  левая квад­рат­ная скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; 0 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка ,  левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и  левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . При этом на со­сед­них про­ме­жут­ках знаки раз­лич­ны:

f' левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 1 умно­жить на левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка =1 боль­ше 0,

f' левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 2 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0,

f' левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 6 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка 2 умно­жить на дробь: чис­ли­тель: ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 3 конец ар­гу­мен­та минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка боль­ше 0.

На­ко­нец, при x при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка по­лу­ча­ем  синус x боль­ше 0 и  ко­си­нус x мень­ше дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , по­это­му f' левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка мень­ше 0. Оста­лось вы­брать из этих про­ме­жут­ков самый длин­ный. Оче­вид­но это пер­вый, его длина со­став­ля­ет  минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка минус Пи пра­вая круг­лая скоб­ка = минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби плюс Пи = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи .

в)  Из преды­ду­ще­го пунк­та мы знаем, что f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка воз­рас­та­ет на  левая квад­рат­ная скоб­ка минус Пи ; минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и  левая квад­рат­ная скоб­ка 0; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и убы­ва­ет на  левая квад­рат­ная скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; 0 пра­вая квад­рат­ная скоб­ка и  левая квад­рат­ная скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая квад­рат­ная скоб­ка . При этом f левая круг­лая скоб­ка минус Пи пра­вая круг­лая скоб­ка = минус 1 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , f левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби , f левая круг­лая скоб­ка 0 пра­вая круг­лая скоб­ка =1 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , f левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби левая круг­лая скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби и f левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка =0 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка минус 1 пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . Таким об­ра­зом, мы знаем наи­мень­шее и наи­боль­шее зна­че­ние на каж­дом про­ме­жут­ке мо­но­тон­но­сти и, зна­чит, знаем и все при­ни­ма­е­мые зна­че­ния.

Те­перь можно по­лу­чить ответ. Нас ин­те­ре­су­ет, сколь­ко раз функ­ция f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка при­ни­ма­ет зна­че­ние a. При a мень­ше минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби   — ни од­но­го ре­ше­ния. При a при­над­ле­жит левая квад­рат­ная скоб­ка минус дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка   — одно ре­ше­ние. При a= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби   — три ре­ше­ния. При a при­над­ле­жит левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ; дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка   — че­ты­ре ре­ше­ния. При a= дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби   — два ре­ше­ния. При a боль­ше дробь: чис­ли­тель: 3, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби   — ни од­но­го ре­ше­ния.

г)  При дан­ном x рас­сто­я­ние от пря­мой y=m до гра­фи­ка будет \absm минус f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка , по­это­му се­че­ни­ем тела будет круг ра­ди­у­са \absm минус f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка и пло­ща­ди  Пи \absm минус f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те и объем тела будет равен

 Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до \tfrac Пи , 2 \absm минус f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те dx= Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2, зна­ме­на­тель: конец дроби левая круг­лая скоб­ка m в квад­ра­те минус 2mf левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка плюс f в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка пра­вая круг­лая скоб­ка dx=m в квад­ра­те Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2, зна­ме­на­тель: конец дроби 1 dx минус 2m Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2, зна­ме­на­тель: конец дроби f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx плюс Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2, зна­ме­на­тель: конец дроби f в квад­ра­те левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx

Это квад­рат­ный трех­член от m, по­это­му он при­ни­ма­ет наи­мень­шее зна­че­ние при

m= дробь: чис­ли­тель: 2 Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2} f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx, зна­ме­на­тель: 2 Пи при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2, зна­ме­на­тель: конец дроби 1 dx конец дроби = дробь: чис­ли­тель: при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2, зна­ме­на­тель: , зна­ме­на­тель: к конец дроби онец дроби f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx, зна­ме­на­тель: при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , {2, зна­ме­на­тель: конец дроби 1 dx конец дроби .

Вы­чис­лим те­перь эти ин­те­гра­лы

 при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2} f левая круг­лая скоб­ка x пра­вая круг­лая скоб­ка dx= при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2} левая круг­лая скоб­ка ко­си­нус x минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби ко­си­нус 2x пра­вая круг­лая скоб­ка dx= \dvpod{ синус x минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби синус 2x умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: минус Пи конец дроби { дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби , зна­ме­на­тель: = конец дроби

=\dvpod синус x минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби синус 2x минус Пи дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби = 1 минус дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби умно­жить на 0 минус 0 плюс дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби умно­жить на 0=1

и  при­над­ле­жит t пре­де­лы: от минус Пи до дробь: чис­ли­тель: Пи , 2} 1 dx= дробь: чис­ли­тель: Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби минус левая круг­лая скоб­ка минус Пи пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: {, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби Пи , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби . По­это­му ответ равен  дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: \tfrac3 Пи 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 Пи конец дроби .

 

Ответ: а)  левая фи­гур­ная скоб­ка минус арк­ко­си­нус дробь: чис­ли­тель: 1 минус ко­рень из: на­ча­ло ар­гу­мен­та: 7 конец ар­гу­мен­та , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби пра­вая фи­гур­ная скоб­ка ; б)  дробь: чис­ли­тель: 2 Пи , зна­ме­на­тель: 3 конец дроби ; в) см. ри­су­нок; г)  дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 3 Пи конец дроби .


Задание парного варианта: 2071

? Источник: Про­филь­но-эли­тар­ный вы­пуск­ной эк­за­мен по ма­те­ма­ти­ке. Санкт-Пе­тер­бург, 1993 год, ва­ри­ант 2
? Классификатор: Ин­те­грал, вы­чис­ле­ние пло­ща­дей , Ис­сле­до­ва­ние функ­ций, Три­го­но­мет­ри­че­ские урав­не­ния
?
Сложность: 11 из 10