Zadanie 13.2 · 4 pkt · otwarte

Najmniejsze pole powierzchni graniastosłupa dla krawędzi podstawy z przedziału (0, 8√3]

Rozważamy wszystkie graniastosłupy prawidłowe trójkątne o objętości 34563456⁠, których krawędź podstawy ma długość nie większą niż 838\sqrt{3}⁠.

Pole PP powierzchni całkowitej graniastosłupa w zależności od długości aa krawędzi podstawy graniastosłupa jest określone wzorem

P(a)=a2⋅32+138243aP(a) = \frac{a^2 \cdot \sqrt{3}}{2} + \frac{13824\sqrt{3}}{a}

dla a∈(0,83]a \in (0, 8\sqrt{3}]⁠.

Wyznacz długość krawędzi podstawy tego z rozważanych graniastosłupów, którego pole powierzchni całkowitej jest najmniejsze. Oblicz to najmniejsze pole. Zapisz obliczenia.

Pokaż odpowiedź i rozwiązanieSpróbuj najpierw sam(a), potem sprawdź.

Rozwiązanie krok po kroku

  1. Obliczamy pochodną funkcji PP⁠.

    P′(a)=a3−138243a2P'(a) = a\sqrt{3} - \dfrac{13824\sqrt{3}}{a^2}

    Do tego miejsca: 1 pkt

  2. Rozwiązujemy równanie P′(a)=0P'(a) = 0⁠, mnożąc obie strony przez a23>0\frac{a^2}{\sqrt{3}} > 0⁠.

    a3=13824=243,a=24a^3 = 13824 = 24^3, \quad a = 24

    Do tego miejsca: 2 pkt

  3. Liczba 2424 nie należy do dziedziny, bo 83=192<248\sqrt{3} = \sqrt{192} < 24⁠. Dla 0<a<240 < a < 24 jest a3<13824a^3 < 13824⁠, czyli P′(a)<0P'(a) < 0⁠, więc funkcja PP jest malejąca w przedziale (0,83](0, 8\sqrt{3}] i najmniejszą wartość przyjmuje dla a=83a = 8\sqrt{3}⁠.

    P′(a)<0 dla a∈(0,83]P'(a) < 0 \text{ dla } a \in (0, 8\sqrt{3}]

    Do tego miejsca: 3 pkt

  4. Obliczamy pierwszy składnik dla a=83a = 8\sqrt{3}⁠, gdzie (83)2=192(8\sqrt{3})^2 = 192⁠.

    192⋅32=963\dfrac{192 \cdot \sqrt{3}}{2} = 96\sqrt{3}
  5. Obliczamy drugi składnik.

    13824383=138248=1728\dfrac{13824\sqrt{3}}{8\sqrt{3}} = \dfrac{13824}{8} = 1728
  6. Najmniejsze pole powierzchni całkowitej.

    P(83)=963+1728P(8\sqrt{3}) = 96\sqrt{3} + 1728

    Do tego miejsca: 4 pkt

Odpowiedź

Najmniejsze pole ma graniastosłup o krawędzi podstawy a=83a = 8\sqrt{3}⁠; to pole jest równe 963+172896\sqrt{3} + 1728⁠.

Jak to jest punktowane

Za rozwiązanie jest jeden poziom — najwyższy, który spełnia.

  • 4 pktuzasadnienie, że funkcja PP przyjmuje wartość najmniejszą dla a=83a = 8\sqrt{3} i obliczenie wartości najmniejszej funkcji PP⁠: 963+172896\sqrt{3} + 1728⁠.
  • 3 pktuzasadnienie (np. poprzez badanie monotoniczności funkcji), że funkcja PP przyjmuje wartość najmniejszą dla a=83a = 8\sqrt{3}ALBO– zapisanie, że dla a=83a = 8\sqrt{3} funkcja PP osiąga wartość najmniejszą i obliczenie P(83)P(8\sqrt{3})⁠: P(83)=963+1728P(8\sqrt{3}) = 96\sqrt{3} + 1728⁠.
  • 2 pktpoprawne rozwiązanie równania a3−138243a2=0a\sqrt{3} - \frac{13824\sqrt{3}}{a^2} = 0⁠: a=24a = 24⁠.
  • 1 pktwyznaczenie pochodnej funkcji PP⁠: P′(a)=a3−138243a2P'(a) = a\sqrt{3} - \frac{13824\sqrt{3}}{a^2}⁠.

Uwagi z zasad oceniania CKE

  • 1. Jeżeli zdający wyznaczy pochodną funkcji PP z błędem, ale wyznaczona pochodna ma postać Aa+Ba2Aa + \frac{B}{a^2}⁠, gdzie AA oraz BB są liczbami niewymiernymi, lub postać ułamka, w którego liczniku jest wielomian stopnia trzeciego, a w mianowniku ma2ma^2⁠, i konsekwentnie rozwiąże zadanie do końca, to może otrzymać co najwyżej 3 punkty za całe rozwiązanie (za miejsce zerowe pochodnej, za uzasadnienie istnienia najmniejszej wartości funkcji oraz za obliczenie najmniejszej wartości funkcji PP⁠).Jeżeli natomiast otrzyma inną błędną postać pochodnej, to może otrzymać co najwyżej 2 punkty za całe rozwiązanie (za miejsce zerowe pochodnej oraz za uzasadnienie istnienia najmniejszej wartości funkcji PP⁠).
  • 2. Badanie znaku pochodnej zdający może opisać w inny sposób, np. szkicując wykres funkcji, która w ten sam sposób jak pochodna zmienia znak, i zaznaczając na rysunku, np. znakami „+” i „-” znak pochodnej.
  • 3. Jeżeli zdający otrzyma miejsce zerowe pochodnej, które należy do przedziału (0,83)(0, 8\sqrt{3})⁠, to może otrzymać co najwyżej 1 punkt (za wyznaczenie pochodnej albo za obliczenie miejsca zerowego pochodnej).
  • 4. Za poprawne uzasadnienie, że funkcja PP osiąga wartość najmniejszą dla a=83a = 8\sqrt{3} można uznać sytuację, gdy zdający bada znak pochodnej oraz zapisuje słownie lub graficznie, że funkcja PP jest malejąca w przedziale (0,a0)(0, a_0)⁠, gdzie a0a_0 jest miejscem zerowym pochodnej funkcji ff⁠, będącej rozszerzeniem funkcji PP na zbiór (0,+∞)(0, +\infty)⁠.
  • 5. Jeżeli zdający błędnie uzasadnia, że dla a=83a = 8\sqrt{3} funkcja PP osiąga wartość najmniejszą, to nie otrzymuje punktu za obliczenie P(83)P(8\sqrt{3})⁠.

Chcesz rozwiązywać to zadanie z podpowiedziami? Zapisz się na listę oczekujących

Źródło: CKE, matura maj 2024, poziom rozszerzony, zadanie 13.2