matematik-3c-ht12-vt13:detaljplan

1.1 1.2 1.3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 Repetition

Introduktion

I Matematik 3c kommer ni att stöta på mycket häftig matematik, det i särklass häftigaste i gymnasiekurserna men också bland det häftigaste sett över hela matematiken. Som en liten introduktion till detta kan ni arbeta med nedanstående problem.

Problem 1

Nedan är grafen till funktionen $g(x)=\frac{1}{\sqrt{x}}$ ritad.

- Till skillnad från en rät linje är lutningen inte samma för olika punkter på kurva. Beräkna (på något sätt och så noga du kan) lutningen i de punkter på kurvan där x=1, 2, 3, 4. Tänk igenom din metod så du kan förklara den.

- Varför kan det vara bra/intressant att kunna bestämma lutningen på kurvor?

lutning.svg

Problem 2

Nedan är grafen till funktionen $f(x)=x^3-10x^2+21x$ ritad.

- Området mellan grafen och x-axeln är skuggat. Beräkna (på något sätt och så noga du kan) arean av detta område. Tänk igenom din metod så du kan förklara den.

- Varför kan det vara bra/intressant att kunna bestämma arean av "buktiga" områden.

area_under_kurva.svg

1.1 Algebra och polynom

Polynom och räkneregler (sid 8-11)

Kolla upp vad som menas med ett polynom och vad som inte är ett polynom. Repetera beteckningen $p(x)$ och varianter på detta som t.ex. $p(a+1)$. Ett sätt och tänka är med tomma rutor och cirklar som man sedan sätter in lämpliga "saker" i. Friska också upp minnet på att räkna med polynom, sätta in värden, göra matematik av text.

Lös uppgifter efter behov. Det betyder (framöver) att man tänker efter vad man inte kan, vilket mål man har och hur mycket tid man orkar lägga. I princip ska alla klara samtliga A-uppgifter, men det betyder inte att man måste räkna alla. Det kan räcka att ögna igenom och räkna en av varje typ. Beroende på betygsmål ger man sig sedan i kast med B- och C-uppgifter.

Potenser (sid 12-13)

Egentligen inget nytt under solen, men kanske några problem är lite mer tekniska än i t.ex. Ma2c. Underskatta inte vikten av träning. Man bör inte bara kunna tänka ut hur man gör, utan kunna göra det snabbt och korrekt.

Varför $a^0 a\neq 0$ sätts till 1 och varför man hanterar negativa exponenter som man gör bör ni tänka igenom!

Lös uppgifter efter behov.

Kvadratrötter och absolutbelopp (sid 14-16)

Även här känner ni igen en del, men nog inte allt. Kom ihåg att roten ur "något" blir icke-negativt (eftersom man bestämt så). T.ex. $\sqrt{4} = 2$, $\sqrt{9} = 3$ och inget annat!

Defintionen av absolutbelopp der värre ut än den är. Utgå gärna från den geometriska tolkningen som avstånd (som alltså inte kan vara negativa. Är man lite slarvig kan man säga att $| |$ är en "minusborttagare".

Lös uppgifter efter behov men hoppa INTE över (alla av) 1144 och 1150-1153.

Ekvationer (sid 17-21)

Inte mycket nytt egentligen. Några saker kan vara bra att trycka på:

  • Om man har ett faktoriserat uttryck lika med 0, multiplicera inte ihop utan studera faktorerna var för sig.
  • Målet är ofta att få x på ett ställe och sedan städa.
  • Om man har halvläskiga uttryck (fast samma) på flera ställen kan man använda "bullshitprincipen" och kalla det läskiga för t.
  • När man löser ekvationen med rötter kan s.k. falska lösningar dyka upp. Kontrollera genom insättning i ursprungsekvationen.

Lös uppgifter efter behov. Några uppgifter är ganska tekniska så se till att räkna rätt.

Polynom i faktorform (sid 22-23)

Att multiplicera ihop parenteser, eller "gånga in i parenteser" är i princip lätt. Den omvända processen, att återställa parenteser, bryta ut eller mer korrekt faktorisera är mindre lätt. Så om det tar emot lite här så är det normalt.

För att få svart bälte i faktorisering behöver man kunna köra konjugat- och kvadreringsregler "baklänges", också med ganska komplicerade uttryck. Man behöver också känna till att om ett polynom $p(x)$ har ett nollställe $a$ precis då polynomet har en faktor $(x-a)$. Har man alltså hittat det ena så har man hittat det andra.

Till exempel: Polynomet $p(x)=x^2+2x-3$ har ett nollställe $a=1$, dvs $p(1)=0$. Alltås kan vi dra slutsatsen att $p(x)$ kan skrivas

(1)
\begin{align} p(x)=(x-1) \cdot q(x) \end{align}

där $q(x)$ råkar vara $(x+3)$ (eftersom $x=-3$ också är ett nollställe.

Så en taktik för att faktorisera polynom är att först bestämma dessa nollställen och sedan snickra faktorer.

Lös uppgifter efter behov.

1.2 Rationella uttryck

Vad menas med ett rationellt uttryck? (sid 26-27)

Med rationella tal (bråk) menar man tal på formen "heltal genom heltal". På motsvarande sätt är ett rationellt uttryck något som har formen "polynom genom polynom". Minns det elfte budet: du skall icke dela med noll. Det innebär att variabelvärden (x-värden) som gör nämnaren till noll måste exkluderas. Man säger att det rationella uttrycket inte är definierat för dessa x.

Lös uppgifter efter behov, men strunta i 1209.

Förkortning och förlängning (sid 28-32)

Det är i princip ingen skillnad på att förlänga och förkorta rationella uttryck och förlänga och förkorta bråk. Alltså är mycket vunnet om man är säker i bråkräkning. Det som kan vara knepigt är att "se" hur man ska förlänga och vad som kan förkortas.

Förlänga behöver man göra t.ex. om man ska addera eller subtrahera rationella uttryck. Man studerar då nämnarna och försöker hitta en så liten gemensam nämnare som möjligt. Det betyder att man behöver ha med faktorerna från samtliga nämnare men inget mer.

Ska man förkorta ett rationellt uttryck behöver man i princip faktorisera täljare och nämnare. Sedan delar man bort gemensamma faktorer.

Lös uppgifter efter behov, men rinligen inte alla. T.ex. kan man tänka sig en deluppgift på varje a- och b-uppgift och sedan c-uppgifter om man har ork kvar.

Addition och subtraktion (sid 33-37)

Man använder samma teknik när man adderar/subtraherar rationella uttryck som när man adderar/subtraherar bråk. Man förlänger alltså till minsta gemensam nämnare och adderar/subtraherar sedan täljarna. Notera att det kan vara en ide att t.ex. faktorisera nämnarna först så man verkligen använder minsta gemensam nämnare. Man kan såklart vara brutal och använda produkten av samtliga nämnare som gemensam, men det leder till jobbigare räkningar och behov av förkortning.

När man löser ekvationer är det ofta lämpligt att skriva leden var för sig på bråkform, "korsmultiplicera" bort nämnare osv.

Lös 1248cd, 1249b, 1250b, 1251, 1254, 1258, 1259d, 1261a, 1264 samt 1265cd och 1266 om man siktar mot A/B.

Multiplikation och division (sid 38-39)

Samma gamla visa; är man säker på vanlig hederlig bråkräkning så ligger man bra till. Kom ihåg att undersöka om det är möjligt att förkorta bort faktorer innan ni sätter igång och multiplicera ihop.

Lös 1270cd, 1271cd, 1273b, 1274, 1275bc, 1276bc, 1278c, 1280 samt 1282 och 1283 om man siktar mot A/B.

1.3 Funktioner

Inledning (sid 40-42)

Inte så mycket nytt under solen jämfört med Ma2c. Ni kan passa på att friska upp minnet på begreppen Definitionsmängd och Värdemängd. Notera att som definitionsmängd avses alla x som ger ett uttryck mening (i t.ex. 1305c). Det gäller också att begripa sig på funktionssymbolen $f(x)$.

Det som är nytt är begreppen kontinuerlig respektive diskret funktion. Just begreppet kontinuitet är en central egenskap, som (över de reella talen) är subtilare än vad man först kan tro. Lite utsvävningar kring detta kommer på måndagslektionen.

Lös uppgifter efter behov.

Räta linjens ekvation (sid 43-45)

Det börjar bli tjatigt, men inget direkt nytt här heller. Möjligen är c-uppgifterna lite att bita i. Man erinrar sig att två linjer är vinkelräta precis om produkten av deras k-värden är -1.

Lös uppgifter efter behov, vilket rimligen inte blir så många.

Andragradsfunktioner (sid 46-49)

Ja, vad ska man skriva… mest gammal skåpmat. Men det krävs säkert lite uppfräschning av slumrande kunskaper. Kolla upp begreppen på sida 46, tänk igenom hur grafer hänger ihop med algebraiska uttryck etc.

Lös uppgifter efter behov.

Exponentialfunktioner och potensfunktioner (sid 50-53)

Hur de olika funktionerna ser ut framgår på sida 51. Observera att det är en "stor" skillnad om variabeln x står i basen eller exponenten. Som ni minns från Ma2c kan man lösa ekvationer med den obekanta i exponenten med hjälp av logaritmer. Friska upp grunderna inom logaritmräkning.

Lös a-uppgifterna (efter behov) samt 1354, 1355, 1358, 1360, 1364, 1365 och 1366 om man är en "hårding".

2.1 Ändringskvoter och begreppet derivata

Ändringskvoter (sid 66-70)

Om man tillryggalägger en viss sträcka $\Delta s$ på en viss tid $\Delta t$ så blir (såklart) medelhastigheten eller den genomsnittliga förändringshastigheten

(2)
\begin{align} v=\frac{\Delta s}{\Delta t}. \end{align}

På samma sätt kan man tala om den genomsnittliga förändringshastigheten

(3)
\begin{align} \frac{\Delta y}{\Delta x} \end{align}

om y är en variabel som beror på x. Om funktionens graf är en rät linje känner ni igen ovanstående som linjens lutning (k-värde). Observera att denna blir samma överallt på en linje (men inte på kurvor/grafer i allmänhet). Om man slutligen tänker sig att $y=f(x)$ så ges den genomsnittliga förändringshastigheten då x går från a till b av

(4)
\begin{align} \frac{f(b)-f(a)}{b-a}. \end{align}

Tänk efter så ni inser att de tre formuleringarna "fångar" samma sak!

I uppgifterna nedan handlar det om att just räkna ut diverse förändringshastigheter. Värden kan man behöva räkna ut eller läsa av i graf eller tabell.

Lös 2104, 2105, 2106, 2107, 2112, 2114 samt 2115, 2118 om man har lite högre ambition.

Begreppet derivata (sid 71-76)

Här handlar det om derivatans geometriska tolkning som lutning av tangent till kurva och fysikaliska som hastighet. Själva prim-beteckningen i $f'$ och namnet derivata lär ha myntas av Lagrange på 1700-talet.

Här är en GeoGebraillustration av sekanter som närmare sig tangentlinjen genom punkten (1,1) till kurvan $f(x)=x^2$

Lös samtliga a-uppgifter (många går rätt fort om man fattat galoppen) och 2133, 2135, 2136, 2138, 2141.

2.2 Gränsvärde och derivatans definition

Gränsvärde (sid 77-79)

Här handlar det om "närmanden", och man studerar vad som händer med funktionsvärden när variabeln närmar sig ett givet värde. T.ex. kan man fråga sig vad "som händer" med

(5)
\begin{equation} f(x) = x^2 \end{equation}

då x närmar sig 2. Sätter man in värde på x som är allt närmre 2 ser man att $x^2$ närmar sig 4. Denna observation skriver man

(6)
\begin{align} \lim_{x \to 2} (x^2) = 4, \end{align}

och man säger att gränsvärdet av $x^2$ då x går mot 2 är 4. Observera att $x$ aldrig blir 2 och att $x^2$ aldrig blir 4. Vad man påstår är istället att $x^2$ kan komma hur nära 4 som helst om bara värdet på x är tillräckligt nära 4.

För att räkna ut gränsvärdet kan man dock i de flesta fall helt enkelt sätta in det tal som x närmar sig. Dock fungerar det inte om man, vid sådan insättning, skulle få noll i en nämnare. Då får man "se upp" och angripa problemet på något annat sätt, ofta genom en förenkling av det ursprungliga uttrycket.

Lös samtliga a-uppgifter (2204 och 2205 med räknedosa) och 2206, 2207, 2208 (rita graferna på räknaren eller hellre med GeoGebra), 2209.

Derivatans definition (sid 80-82)

För att bestämma lutningen i en punkt har vi tidigare studerat sekanter till en kurva. Genom att hålla en punkt fixerad och låta den andra närma sig den fixerade punkten "obegränsat" erhåller man tangentens lutning som gränsvärdet av sekanternas lutningar. Att formalisera detta (är h lika med 0 eller är det inte?) tog flera hundra år och inblandade de allra största matematikerna. Om det tar några veckor för er att fatta så är det alltså lugnt :-). Ideen är i vilket fall att definiera derivatan som gränsvärdet av differenskvoten då h går mot noll, dvs

(7)
\begin{align} f'(x):=\lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h} \end{align}

Att det står $:=$ istället för enbart $=$ betyder att det är fråga om en definition och alltså inget man kan räkna ut. När man sedan räknar i praktiken innebär det att man räknar på med h, förenklar (om det går) och när h väl är borta från nämnaren så sätter man det (h:et alltså) lika med noll. Man kan därmed lösa många problem även om själva gränsvärdetsbegreppet får hänga i luften genom hela gymnasiet.

Här är Anders Karlssons i sitt esse förresten:

Matteskolan: Derivatans definition till skön(?) musik

Lös 2212, 2213, 2214abc (till man tröttnar), 2217, 2220.

2.3 Deriveringsregler I

Derivatan av polynom (sid 83-89)

Kolla upp så ni vet vad ett polynom är, annars är risken att ni använder fel regler vid fel tillfällen. Överhuvudtaget så behandlas bevisen för räkneregler för derivator mycket sparsamt i gymnasiekursen, det handlar i princip om att motivera allmänna "regler" med enkla exempel. Framöver är det fritt fram att använda regler när ni deriverar, ni bör dock kunna härleda derivatan för andragradsfunktioner och eventuellt tredjegradsfunktioner (om det skulle efterfrågas).

Lös a-uppgifter efter behov, dvs till ni känner er säkra och det blir långtråkigt. Därefter ger ni i kast med b- och c-uppgifter. Lös även här efter behov/betygsmål

Derivatan av potensfunktioner (93-95)

En potensfunktion har formen $f(x)=x^a$ där a är vilket tal som helst. Om a råkar vara ett positivt heltal får vi ett polynom och vi vet att derivatan då blir $f'(x)=ax^{a-1}$. Det visar sig (men är ingalunda självklart) att samma deriveringsregel gäller även om a inte är ett heltal, dvs

(8)
\begin{align} f(x)=x^a \Rightarrow f'(x)=ax^{a-1} \end{align}

för alla värden på a. Observera att om a=1/2 får vi $f(x)=x^{1/2}=\sqrt{x}$ och om a=-1 får vi $f(x)=1/x$, funktioner som vi nu alltså kan derivera.

Den som siktar på högsta betyget kan sätta sig in i bevisen på sida 93, för övriga räcker det att kunna använda deriveringsregeln.

Lös samtliga uppgifter, utom eventuellt c-uppgifterna.

2.4 Deriveringsregler II

Derivatan av exponentialfunktionen (sid 98-101)

Exponentialfunktioner har formen

(9)
\begin{align} f(x)=C \cdot a^x \end{align}

där C och a är konstanter. Blanda inte ihop dessa med potensfunktionerna, de har bland annat olika "regler" vid derivering. Man kan tänka sig många olika värden på basen a och kan tycka att a =10 är mest naturligt då man får $f(x)=C \cdot 10^x$, vilken hänger ihop med 10-logaritmen lg som vi stött på tidigare. Det visar sig dock att talet

(10)
\begin{align} e \approx 2.718282828459045 \ldots \end{align}

faktiskt är enklare att arbeta med. Det viktigaste skälet (just nu) är att

(11)
\begin{align} f(x)=e^x \Rightarrow f'(x)=e^x \end{align}

dvs med basen e blir exponentialfunktionen sin egen derivata! Boken noterar också (utan bevis) att:

(12)
\begin{align} f(x)=e^{kx} \Rightarrow f'(x)=ke^x \end{align}

vilket alltså betyder att om man har konstant gånger x i exponenten så kommer konstanten ner som faktor medan EXPONENTEN BLIR INTAKT. Om man råkar minska med ett (som i potensfunktioner) som kommer provpoängen att minska med minst en!

Talet e dyker upp i många en del andra sammanhang som dock ligger utanför kursens ramar.

Lös a-uppgifter tills deriveringsregeln sitter. Därefter kan man roa sig med 2413, 2415 och 2416. Resten struntar vi i.

Naturliga logaritmer (sid 102-104)

Eftersom derivatan av $e^x$ blir särskilt enkel (nämligen sig själv) så kan det vara lämpligt att arbeta med basen i som någon sorts "standardbas". När man väl bestämt sig för detta är det lika naturligt att arbeta med logaritmer i basen e (som i basen 10). En sådan skrivs logaritm skrivs $\ln a$, där $\ln a$ alltså är det tal som e ska upphöjas med för att man ska få a. Om basen e är naturlig så är det lika bra att kalla $\ln$ för den naturliga logaritmen.

Logaritmlagarna (och bevisen av dem) är oberoende av bas, och alltså gäller

(13)
\begin{align} \ln (a \cdot b)=\ln a + \ln b \\ \ln(a/b) = \ln a - \ln b \\ \ln a^p = p \ln a \end{align}

Däremot låter man bli att hitta på egna räkneregler!!

Lös a-uppgifter efter behov, därefter b- och c-uppgifterna, Man kan gott kika igenom samtliga om man har högre betygsambitioner.

Derivatan av exponentialfunktionen $y=a^x$

Denna derivata kommer man åt med en omskrivning (som kanske känns långsökt men som faktiskt är användbar i många sammanhang) och derivatan med e i basen. Vi gör följande omskrivning

(14)
\begin{align} a^x=e^{\ln a^x} = e^{x \ln a} \end{align}

Här är $\ln a$ en konstant och kan tänkas på som $k=\ln a$. Man använder sedan deriveringsregeln från sida 99 och får sammantaget

(15)
\begin{align} D(a^x)=D(e^{x \ln a}) = \ln a \cdot e^{x \ln a} = \ln a \cdot a^x \end{align}

där man i sista steget skriver om på basen a igen. Deriverar man alltså en exponentialfunktion med annan bas än e kommer man förutom funktionen själv få med en faktor $\ln a$ (som alltså är en konstant).

Lös a-uppgifterna och 2247c, 2448b, 2449 och 2452.

Tillämpningar och problemlösning (sid 107-110)

Ingen ny matematik här. Istället ska man läsa texter, översätta till matematik och tillämpa gamla kunskaper.

Lös 2457, 2458, 2461, 2463, 2465, 2467, 2468, 2471 och eventuellt 2472, 2473 och 2474.

2.5 Grafisk och numerisk derivering

Olika differenskvoter (sid 111-113)

I derivatans definition fixerar man den punkt man söker derivatan i och bestämmer sekantlutningar till punkter i "närheten" på kurvan. Oftast illustrerar man detta genom att välja en punkt h enheter till höger på kurvan. Det finns emellertid inget som hindrar att man väljer punkten h enhet till vänster. Man får då

(16)
\begin{align} f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{f(x)- f(x-h)}{h} \end{align}

Observera ordningen i täljaren.

Ett annat sätt att angripa problem med lutningen i en punkt på en kurva är att betrakta ett intervall symmetriskt kring den aktuella punkten och successivt minska detta intervall. Man får

(17)
\begin{align} f'(x) = \lim_{h \to 0}\frac{f(x+h)- f(x-h)}{2h} \end{align}

Observera att skillnaden mellan x+h och x-h är 2h, därav nämnaren. Om det är fråga om att göra numeriska approximationer av derivatan är ofta den sistnämnda symmetriska varianten bäst.

Lös 2503, 2504, 2506 samt eventuellt 2510, 2513.

Grafritande räknare och derivators värde (114-116)

Se till så ni kan "derivera" på räknedosan, både med funktionen nDeriv och direkt i en graf. Det är är alltså ingen ny matematik på dessa sidor, utan gammal matematik och möjligen ny räknedosekunskap. Givetvis är GeoGebra ett mycket bättre verktyg. Testa gärna, men träna också lite på räknaren inför provet.

Lös 2515, 2517, 2519cd och eventuellt 2522.

3.1 Vad säger förstaderivatan om grafen?

Extrempunkter och extremvärden (sid 131-132)

I avsnitt 3.1 handlar det om att koppla egenskaper hos derivatan till egenskaper hos en funktions graf. Inledningsvis blir det mest en fråga om definitioner, det gäller att lära sig namn på olika företeelser. En lokal maximipunkt kan jämföras med toppen på Kebnekaise, befinner man sig där kan man i sin egen närhet inte observera något som är högre. Dock, om man hade sett väldigt långt hade man insett att toppen på Mount Everest är betydligt högre upp. Alltså motsvara toppen på Kebnekaise en lokal maximipunkt. Toppen på Mount Everest är däremot dessutom en global maximipunkt, det finns nämligen ingen punkt som ligger högre upp.

Man noterar också att ändpunkter i funktions definitionsmängd i allmänhet blir lokala extrempunkter. Tänk efter varför!

Slutligen, håll isär punkter och värden.

Lös samtliga uppgifter.

Växande eller avtagande (sid 133-135)

En viktig observation är att egenskaperna växande och avtagande, per definition, inte har något med derivata att göra, och att egenskaperna gäller intervall och inte enstaka punkter. Man säger t.ex. att en funktion $f$ växer i ett intervall $a \leq x \leq b$ om

(18)
\begin{align} x_1 < x_2 \Rightarrow f(x_1) < f(x_2) \end{align}

Anm. i många analysböcker är det standard med $f(x_1) \leq f(x_2)$ men vi kör med lärobokens definition.

Sedan visar det sig (och är inte så svårt att ana) att derivatan har med växande och avtagande att göra. I princip gäller att om $f'(x) > 0$ i ett intervall så är funktionen växande i intervallet (men observera alltså att detta inte är definitionen utan något som kan bevisas, dock i annan kurs).

Analoga resonemang kan föras för avtagande.

Lös samtliga uppgifter.

Förstaderivatan och grafen (sid 136-139)

Förstaderivatan, eller bara derivatan, är ett utmärkt instrument om man vill skaffa sig en kvalitativ bild av grafen till ursprungsfunktionen. Man får iofs bara exakt koll på enstaka punkter på grafen, men å andra sidan är det just de intressantaste punkterna som dyker upp. Dessutom visar derivatan om grafen går "uppåt" eller "nedåt" och också hur mycket.

Typiska steg för att studera en grafen till en funktion $y=f(x)$ är

  • bestäm/håll koll på definitionsmängden så bara aktuella intervall undersöks
  • bestäm $f'(x)$
  • lös ekvationen $f'(x)=0$, derivatans nollställen har ju med extrempunkter att göra
  • teckenstudera derivatan med hjälp av nollställena ovan, man får då reda på vilken typ av extrempunkt, eller möjligen terrasspunkt, man har samt om grafen går "uppåt" eller "nedåt"
  • bestäm funktionsvärdena (y-värden) i extrempunkter och eventuellt andra intressanta eller "enkla" punkter (såsom skärning med y-axel)
  • markera punkterna i ett koordinatsystem och skissa grafen utifrån teckenstudie

Punktlistan ovan hamnar efter lite träning i ryggmärgen. Det är iofs bra, men man måste hela tiden tänka efter så man också förstår vad det är man pysslar med!

Lös samtliga a- och b-uppgifter, man kan göra antingen 3120 eller 3123. I uppgifter med deluppgifter man man hoppa över om man fattat galoppen. c-uppgifterna är nyttiga och de som siktar mot högre betyg (AB) kikar också på dessa.

Skissa grafer (sid 141-142)

Som beskrivits ovan är derivatan, och studie av densamma, ett smidigt verktyg för att skaffa sig en bild av en grafs utseende. Speciellt får man koll på extrempunkter (exakt) och var funktionen växer respektive avtar. Ett annat, mindre exakt, men ofta snabbare sätt är att studera vilka delar av funktionssuttrycket som dominierar för små respektive stora värden på $|x|$ (med andra ord nära origo och långt från origo).

Betrakta t.ex. $f(x)=x^3+2x^2-3x+1$. För stora $|x|$ gäller att $f(x) \approx x^3$ och för små $|x|$ att $f(x) \approx 3x+1$. Således kan man konstruera en ganska bra skiss av grafen om man rita graferna till $x^3$ och $3x+1$ och binder ihop dem på hyfsat sätt. T.ex så inser man att funktionen har två lokala extrempunkter, i ordningen första max sedan min. Vill man sedan bestämma dessa exakt får man ta fram derivataverktyget.

I uppgifterna på sida 142 ska det emellanåt skissas grafer. Använd då tekniken ovan för just skissen och kontrollera sedan med rälknedosa eller hellre GeoGebra.

Lös 3129, 3130, 3131, 3132, 3134, 3136, 3137, 3139 och eventuellt 3142.

Största och minsta värde (sid 144-146)

I många sammanhang är man intresserad av en funktions (globalt) största och minsta värde i ett intervall (som såklart kan vara hela x-axeln). Hur finner man då dessa värden? Jo man letar på tre ställen

  1. Derivatans nollställen
  2. Intervallens ändpunkter
  3. Punkter där derivatan inte existerar (ni kan tänka er att det handlar om hörn)

Man gör en sammanställning av funktionsvärdena i sådana punkter, och plockar sedan ut det största och det minsta funktionsvärdet. Tänk igenom hur det fungerar i förhållande till en graf.

Lös a-uppgifter efter behov, och därefter 3152, 3154, 3155 och eventuellt 3157. Använd gärna räknare eller GeoGebra för att kontrollera era svar.

3.2 Derivator och tillämpningar

Polynomfunktioner (sid 147-153)

Nu är det dags att tillämpa sin kunskaper om derivator och "grafstudier". Det som är nytt är att man ofta behöver översätta en svensk text till matematiska. Man skriver upp ett funktionsuttryck och tänker ut en definitionsmängd, sen är målet i allmänhet att bestämma största eller minsta värde, och till sist svara med en svenska mening (dvs göra en tolkning av sina resultat). Observera att man ibland själv behöver rita figur och införa beteckningar.

Här finns många problem och om man vill hinna med de svårare får man vara beredd att hoppa över en del. Följande "spår" är möjliga:
Spår 1: Lös samtliga a-uppgifter men inget mer.
Spår 2: Lös jämnnumrerade a- och b-uppgifter.
Spår 3: Lös enstaka a- och b-uppgifter och sedan så många c-uppgifter man orkar.

Potensfunktioner (sid 154-156)

Metoden för att lösa dessa problem är samma som i föregående avsnitt. Det handlar om att leta upp största och minsta värde till potensfunktioner, och detta gör man med derivata, derivatans nollställer etc.

En väsentlig skillnad är att potensfunktioner inte behöver vara definierade för alla x. T.ex. måste ju $x \geq 0$ i uttrycket $\sqrt{x} = x^{0.5}$ och $x \neq 0$ i uttrycket $\frac{1}{x}$. Man måste också ta hänsyn till detta i sin teckenstudie av derivatan. Teckenstudera derivatan till $f(x)=\frac{1}{x}$ och skissa grafen så ser du nog varför.

Antingen löser man samtliga a-uppgifter (men kan då skippa resten), eller löser man enstaka a-uppgifter och sedan b- och c-uppgifter. 3245 kan ni vänta med, 3246 kan lösas elegant utan derivator.

Andraderivatan/andraderivatan och grafen (sid 157-160)

Att räkna ut andraderivatan är rättframt, man deriverar ursprungsfunktionen två gånger. Observera beteckningen

(19)
\begin{align} y''(x)= \frac{d^2y}{dx^2}. \end{align}

Tvåan i täljaren ska alltså stå mellan d:et och y:et medan tvåan i nämnaren står efter x:et. Detta är i själva verket en logisk notation!

Vad som är mindre självklart är vad man ska ha andraderivatan till. Ett "användningsområde" är mekanik, där andraderivatan motsvarar acceleration, som dyker upp i Newtons formel $F=ma$. Vi ska dock använda derivatans för allmänna grafstudier. Lite slarvigt kan man säga att andraderivatan (eller i alla fall dess tecken) anger hur det "buktar". Om $y''>0$ buktar grafen nedåt ("hänger nedåt") medan den buktar uppåt om $y''<0$. Tänk efter varför det blir så! Ha i minnet att andraderivatan anger derivatans växande och avtagande.

Man kan använda andraderivata för att avgöra om ett nollställe till derivatan är lokalt max eller min (och alltså spara in på en teckenstudie) enligt följande: Om $y''>0$ är det fråga om lokalt min (lekskolepedagogik: positiv andraderivata ger glad graf) och om $y''<0$ är det fråga om max (lekskolepedagogik: negativ andraderivata ger ledsen graf).

Observera att om $y''=0$ kan inget sägas, punkten i fråga kan vara max, min eller terrass. Man får använda t.ex. teckenstudie istället.

Lös samtliga uppgifter på sida 157 och 160 (c-uppgifterna kan skippas om man inte strävar mot A/B).

Grafritande räknare (sid 162-163)

Gör vi efter avsnittet nedan

Tillämpningar och problemlösning (sid 164-167)

Blandade problem med derivatainnehåll. Inget nytt matematiskt.

Ett (minimi) alternativ är att man löser samtliga a-uppgifter men skippar resten. Ett annat alternativ är att man löser 3275, 3277, 3279, 3281, 3282, 3285, 3287. Ett tredje alternativ är att man löser 3281, 3282, 3287, 3288, 3289, 3290, 3292, 3293. Välj själv efter ork, ambition och behov.

3.3 Från derivata till funktion

Primitiva funktioner (sid 173-175)

Situationen i detta avsnitt är att vi känner till en funktions derivata och söker själva funktionen. Varför detta är intressant kommer att framgå, men man kan redan nu tänka sig den fysikaliska situationen att man känner till hur fort något rör sig (en derivata) och vill veta hur lång sträcka detta något har färdats (ursprungsfunktionen). Man löser problemet genom att (helt enkelt) ''baklängesderivera'' $f(x)$, eller med korrektare språkbruk ta primitiv funktion till $f(x)$. Primitiva funktioner skrivs ofta med motsvarande stor bokstav, så $F(x)$ är alltså en primitiv funktion till $f(x)$ om $F'(x)=f(x)$.

Om man är slängd på derivering så kommer bestämmande av primitiv funktion vara relativt smärtfritt, låt oss ta ett exempel: Bestäm samtliga (observera, det finns många) primitiva funktioner till

(20)
\begin{equation} f(x)=2x. \end{equation}

Man inser efter lite eftertanke att en primitiv funktion (skrivs alltså med stor bokstav) är

(21)
\begin{equation} F(x)=x^2. \end{equation}

Finns det fler? Ja, alla funktioner på formen

(22)
\begin{equation} F(x)=x^2+C \end{equation}

där C är en godtycklig konstant duger. Man kan visa (överkurs) att det inte finns fler, så lösningstekniken blir att hitta en specifik primitiv funktion och sedan lägga till konstanten C till denna.

Nu återstår bara att träna!

Lös samtliga a-uppgifter (eller till ni tröttnar för det är för enkelt) samt 3312, 3313 och 3314 om ni orkar.

Primitiva funktioner med villkor (sid 176-177)

Ovan konstaterades att samtliga primitiva till $f(x)=2x$ ges av $F(x)=x^2+C$ där C är en godtycklig konstant. Det är ju inte så konstigt, om man känner till en derivata (lutning) så är ju "formen" på ursprungsfunktionen given men inte dess position i y-led.

Om man däremot känner till ett specifikt funktionsvärde till den primitiva funktionen blir det ett entydigt svar. T.ex. kan vi bestämma den primitiva funktion till $f(x)=2x$ som uppfyller att $F(1)=2$. Vi vet att $F(x)=x^2+C$ och villkoret ger att $1^2+C=2$$C=1$ och den specifika primitiva blir $F(x)=x^2+1$.

Taktiken är alltså att först bestämma samtliga primitiva och sedan använda givet villkor för att hitta den specifika.

Lös samtliga a-uppgifter (eller till ni tröttnar) samt eventuellt 3322, 3324 och 3326.

3.4 Integraler

Inledning (sid 178-180)

Som boken visar så kan man bestämma hur långt man har färdats, $s(t)$ om man råkar känna till grafen till hastighetsfunktionern $v(t)$ genom att bestämma arean "under" grafen till $v(t)$. Att detta är korrekt inser man genom att studera hur långt man färdas i små tidsintervall och i dessa approximerar med en konstant hastighet (se sid 178)

Sedan skrotar man den fysikaliska tolkning och låter

(23)
\begin{align} \int_{a}^{b} f(x) dx \end{align}

beteckna arean mellan funktionsgrafen $y=f(x)$ och x-axeln (det är inte sant om grafen ligger under x-axeln men vi avvaktar med detta). Själva uttrycket kallas en integral, och mer precist "integralen av $f$ från a till b".

Varför ser beteckningen ut som den gör? Man kan tänka sig $\int$ som ett utdraget S vilket härrör från tanken att arean kan bestämmas som en summa av många smala rektangelareor. Uttrycket $f(x)dx$ kan sedan ses som en sådan rektangelarea med höjden $f(x)$ och basen $dx$ (en kort bit av x-axeln).

Lös samtliga uppgifter eller tills ni tröttnar.

Integralberäkning med primitiv funktion (sid 182-185)

Bokens framställning om sambandet mellan integraler och primitiv funktion är lite tunn. På lektionen kommer det att presenteras lite ordentligare. I vilket fall kan integraler (som ni än så länge kan tänka på som något som anger en area) beräknas med primitiv funktion. Detta resultat är så viktigt att det brukar benämnas "Analysens huvudsats"!

Låt $F(x)$ vara en primitiv funktion till $f(x)$. Då gäller

(24)
\begin{align} \int_{a}^{b} f(x)dx=[F(x)]_{a}^{b}=F(b)-F(a) \end{align}

under rimliga förutsättningar på funktionen $f$ (som alltid är uppfyllda i kursen).

Antag t.ex. att vi vill bestämma

(25)
\begin{align} \int_{0}^{1} x^2 dx \end{align}

som alltså geometriskt svarar mot arean mellan x-axeln och grafen till $f(x)=x^2$ i intervallet $0 \leq x \leq 1$ och som per definition ges av ett gränsvärde av en rektangelsumma. Analysens huvudsats ger ett mycket effektivare sätt att bestämma integralen, i princip behöver vi bara en primitiv till $x^2$ t.ex. $x^3/3$. Vi får sedan

(26)
\begin{align} \int_0^1 x^2 dx =\left[ \frac{x^3}{3} \right]_0^1 = \frac{1^3}{3} - \frac{0^3}{3} = \frac{1}{3} \end{align}

Man kan alltså bestämma värdet på en integral genom att sätta in gränserna i den primitiva funktionen och subtrahera. Informellt kan man tänka sig $F(x)$ som en arearäknarfunktion. $F(b)-F(a)$ anger arean under grafen fram till b minus arean fram till a, dvs arean mellan a och b.

Lös samtliga uppgifter.

Tillämpningar och problemlösning (186-190)

Så är det dags att använda det vi lärt oss i mer tillämpade sammanhang. Som ni ser på sida 186 så kan man ha integralen till annat än att räkna area (även om man alltid kan göra en areatolkning). Varje formel som är en produkt av två storheter där den ena varierar med den andra, kan sägas ge upphov till en integral.

I tillämpade sammanhang är det ofta bra att tänka i enheter. Kom då ihåg att integralen är en summa av "en massa" termer. Enheten på integralen blir alltså samma som termernas enhet, dvs enheten på det som står i integralen. Om t.ex. $v(t)$ anges i meter/sekund och tiden $t$ OCH DÄRMED OCKSÅ $dt$ i sekunder så har alltså integralen

(27)
\begin{align} \int_a^b v(t) dt \end{align}

enheten meter!

Lös 3421, 3422, 3423, 3425a, 3426, 3428, 3430, 3432, 3435 och eventuellt 3438, 3439, 3440.

4.1 Från rätvinkliga till godtyckliga trianglar

Trigonometri i rätvinkliga trianglar (sid 206-208)

För att definiera $\sin$, $\cos$ och $\tan$ för vinklar mellan 0 och 90 grader utgår man från rätvinkliga trianglar. Indata är vinkeln i ett orät (ok, det kan nog inte heta så men jag kom inte på något bättre) hörn och utdata är kvoter av sidlängder. Gissningsvis känner ni igen detta från Ma1c och kanske fyiskundervisningen (vid komposantuppdelning t.ex.).

Lös uppgifter efter behov. I 4112 är det svåra att rita en bra hjälplinje.

Några speciella trianglar (sid 209)

I vissa rätvinkliga trianglar kan man bestämma $\sin$, $\cos$ och $\tan$ exakt. Det handlar om likbent respektive halv liksidig triangel. Man behöver inte lära sig värdena utantill, utan de kan t.ex. hämtas från sista sidan på standardformelbladet (dock krävs det att man kan detta utantill på t.ex. LTH!). Däremot kan man träna sin förståelse och lite räkningar genom att ta fram värdena.

Lös 4114, 4115, 4116, 4117.

Cirkelns ekvation (210)

Poäng med detta avsnitt just här är i princip att ni ska förstå att $x^2+y^2=1$ är ekvationen för enhetscirkeln (med centrum i origo). Ekvationen fås direkt ur Pythagoras sats. Lite intressant kan också vara att förstå hur man "flyttar" kurvor i sidled. Att t.ex. $(x-1)^2+ (y+2)^2=1$ är enhetscirkeln centrerad i (flyttad till) punkten (1,-2) bygger på samma princip som att kurvan $y=(x-1)^2$ fås genom förflyttning av $y=x^2$ ett steg åt höger.

Lös a-uppgifterna och 4125.

Godtyckliga trianglar (211-215)

Vill man räkna ut t.ex. $\sin 135^{\circ}$ får man problem med vår definition, några rätvinkliga trianglar med trubbiga vinklar låter sig inte ritas. Istället gör man en "ny" definition av $\sin$, $\cos$ och $\tan$ med hjälp av enhetscirkeln (cirkel med radie 1). Man kan då bestämma t.ex. $\sin v$ för vilken "vinkel" som helst (t.o.m. negativ eller "jättetrubbiga", dvs mer är $180^{\circ}$).

Man observerar sedan att vår nya definition överensstämmer med den gamla om man håller sig i första kvadranten.

Lös alla uppgifter.

4.2 Triangelsatserna

Areasatsen (sid 216-218)

Detta är en ganska "sketen" (enkel) sats, som fungerar i alla trianglar. Man utgår från areaformeln för en triangel

(28)
\begin{align} T=\frac{b \cdot h}{2} \end{align}

(ja jag får kalla arean för T om jag vill, och det vill jag) och skriver om triangelns höjd (man kan välja vilken av de tre möjliga höjderna som helst) med sinus och får

(29)
\begin{align} T=\frac{b \cdot c \cdot \sin A}{2} \end{align}

med bokens beteckningar. Det är bättre att lära sig hur man tar fram areaformeln än att lära sig den utantill. Observera att areaformeln fungerar också om vinkeln $A$ är trubbig. Det beror på att $\sin(180-A)=\sin A$, vilket inses genom att kika i enhetscirkeln.

Lös samtliga uppgifter (eller efter behov, se till så ni kan det!)

Sinussatsen (sid 219-221)

Om man känner tre vinkel- eller längdmått i en triangel är den "oftast" entydigt bestämd och man kan med trigonometri bestämma övriga mått. Undantagen från denna regel är

1. Om man känner tre vinklar så är triangeln bestämd till form men inte storlek.

2. Om man känner två sidor och icke-mellanliggande vinkel kan det finnas två olika trianglar med dessa mått (men måste inte). Detta hanteras i boken på sid 23-27.

Sinussatsen, i en triangel med bokens beteckningar, lyder

(30)
\begin{align} \frac{\sin A}{a} = \frac{\sin B}{b} = \frac{\sin C}{c} \end{align}

Den fungerar i alla trianglar och är användbar om man känner till en vinkel och dess motstående sida plus ytterligare ett mått. Beviset av satsen är en direkt följd av areasatsen. Man skriver upp arean på tre sätt och förlänger med 2/abc.

Lös samtliga uppgifter.

När ger sinussatsen två fall? (sid 221-225)

Som ni minns så har ekvationen

(31)
\begin{align} \sin v = a \end{align}

"oftast" två lösningar i intervallet $0 < v < 180$ (vilka undantag finns?). Geometriskt och lite slarvigt formulerat svarar detta mot att vissa trianglar inte blir entydigt bestämda, en vinkel i triangeln kan vara $v$ eller $180-v$ t.ex.

I tabellen på sida 223 finns de olika möjligheterna uppradade med tillhörande villkor på sidor och vinklar. Detta är inget att lära sig utantill, det är bättre att vara vaksam när man löser uppgifterna och rekonstruera situationerna vid behov. Det kan vara bra att inledningsvis, t.ex. genom en skiss eller i GeoGebra, försöka skaffa sig en uppfattning om vilka och hur många trianglar som kan vara möjliga.

Lös samtliga a-uppgifter samt UDDANUMRERADE b- och c-uppgifter.

Cosinussatsen (226-230)

Detta är den sista av de trigonometriska satserna (areasatsen, sinussatsen, cosinussatsen). Den är användbar t.ex. om man i en triangel känner två sidor och mellanliggande vinkel och vill ta reda på återstående sida och vinklar. Kom ihåg att en triangel är entydigt bestämd av just två sidor och mellanliggande vinkel så det uppstår inte samma problem som med trianglarna i förra avsnittet. Varför kan man förresten inte "fläska på" med sinussatsen om man känner två sidor och mellanliggande vinkel?

Såhär ser cosinussatsen ut (med bokens beteckningar):

(32)
\begin{align} c^2 = a^2+b^2-2ab \cdot \cos C \end{align}

Observera att om vinkel C är rät så blir $\cos C=0$ och cosinussatsen kokar ner till gamla hederliga Pythagoras sats ($c^2=a^2+b^2$). Ett slarvigt sätt att formulera detta är att cosinussatsen är en "tillfixad" variant av Pythagoras sats som fungerar i alla trianglar (trubbvinkliga såväl som spetsvinkliga).

Uppgifterna 4256 och 4257 kan vara lite besvärliga, inte trigonometriskt utan för att de utspelar sig i tre dimensioner. Pythagoras sats i tre dimensioner kommer väl till pass. Tänk först, men om du kör fast kan du kolla in mina lösningar på nämnda uppgifter.

Lös samtliga a-uppgifter (eller kolla i alla fall igenom), dessutom om man vill 4250, 4251, 4252, 4254a, 4256, 4257.

Tillämpningar och problemlösning (231-233)

Inget nytt, men någon uppgift kan vara ganska svår. Förslagsvis löser man uppgifter i något av alternativen nedan.

Lös: Alternativ 1; a-uppgifterna, 4266. Alternativ 2; 4266, 4268, 4269, 4270, 4272 (ganska svår).

Repetition

Nationella prov från det gamla gymnasiet

Till er kurs (Ma3c) finns endast ett publikt prov. Till det gamla gymnasiet finns det desto fler här. Det stoff som ingår i Ma3c fanns i tidigare utspritt i MaC och MaD. Nedan listas lämpliga uppgifter från proven i MaC vt11, ht09, i MaD vt11, ht06. Jag kan ha tänkt fel när jag gjorde urvalet så om något verkar skumt, fråga genast. Observera också att poängsystemet är annorlunda, en uppgift innehåller G-poäng och VG-poäng (ungefär som E- och C-poäng) medan uppgifter med * innehåller MVG-kvaliteter, vilka grovt räknat kan sägas motsvara A-poäng.

Vill man sedan öva på ännu fler gamla NP får man själv ögna igenom och göra ett urval.

MaC, vt11: 1 3 4a 5 6 8 9 11 12 13 16 17

MaC, ht09: 1 4 5 6 7 8 10 11 12 14 15 16 17

MaD, vt11: 1 3 7 9 10 12 13 14 16 17

MaD, ht06: 1 3 4 5 6 8 10 11 13 14a 15 17

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License