На фото два блока заданий: преобразования графиков и задачи на производную. Ниже — краткие ответы, затем принципы решения.
Кратко
Графики:
- \(y=(x-3)^2\) — сдвиг \(y=x^2\) вправо на 3; вершина \((3;0)\).
- \(y=(x-1)^2\) — сдвиг вправо на 1; вершина \((1;0)\).
- \(y=(x+2)^2\) — сдвиг влево на 2; вершина \((-2;0)\).
- \(y=x^2+3\) — сдвиг \(y=x^2\) вверх на 3; вершина \((0;3)\).
- \(y=x^2-4\) — сдвиг вниз на 4; вершина \((0;-4)\).
- \(y=\sin\frac{x}{2}\) — растяжение \(y=\sin x\) в 2 раза вдоль оси \(Ox\), период \(4\pi\).
- \(y=\sin 2x\) — сжатие \(y=\sin x\) в 2 раза вдоль оси \(Ox\), период \(\pi\).
Задачи:
- \(S(4)=72\) м, \(v(4)=51\) м/с.
Если считать \(S(t)\) координатой, то путь равен \(76\) м — см. пояснение ниже. - \(v(30)=22\) м/с; \(F=144\) кН.
- \(F=220\) Н.
- Касательная: \(y=4x-6\).
- \(y=x^3-9x\): нули \(-3;0;3\), максимум \((-\sqrt3;6\sqrt3)\), минимум \((\sqrt3;-6\sqrt3)\), точка перегиба \((0;0)\).
Как это получается
1. Преобразования графиков
Общее правило: \[ y=f(x-a)+b \] — это сдвиг графика \(y=f(x)\) на \(a\) вправо и на \(b\) вверх. Если \(a<0\), сдвиг влево; если \(b<0\), сдвиг вниз.
Поэтому:
- \(y=(x-3)^2\): график \(y=x^2\) переносим на 3 вправо. Вершина была \((0;0)\), стала \((3;0)\).
- \(y=(x-1)^2\): перенос на 1 вправо, вершина \((1;0)\).
- \(y=(x+2)^2=(x-(-2))^2\): перенос на 2 влево, вершина \((-2;0)\).
- \(y=x^2+3\): поднимаем параболу на 3 вверх, вершина \((0;3)\).
- \(y=x^2-4\): опускаем на 4 вниз, вершина \((0;-4)\).
Для построения достаточно взять базовую параболу и перенести 3–5 контрольных точек. Например, для \(y=(x-3)^2\): \((3;0),(4;1),(5;4),(2;1),(1;4)\).
Для синуса: \[ y=\sin(kx) \] имеет период \(T=\frac{2\pi}{|k|}\).
- \(y=\sin x\): период \(2\pi\).
- \(y=\sin\frac{x}{2}\): \(k=\frac12\), поэтому график растягивается в 2 раза по \(x\), период \(4\pi\).
- \(y=\sin 2x\): \(k=2\), график сжимается в 2 раза по \(x\), период \(\pi\).
2. Задача 1
\[ S(t)=t^3+3t-4 \] Скорость — производная: \[ v(t)=S'(t)=3t^2+3. \] При \(t=4\): \[ v(4)=3\cdot16+3=51\ \text{м/с}. \] Путь по школьной трактовке \(S(t)\) как уже пройденного пути: \[ S(4)=4^3+3\cdot4-4=64+12-4=72\ \text{м}. \]
Примечание. Формально \(S(0)=-4\), поэтому \(S(t)\) больше похоже на координату. Тогда путь за 4 с: \[ |S(4)-S(0)|=|72-(-4)|=76\ \text{м}. \] Скорость \(v(t)=3t^2+3>0\), значит тело не меняло направления. Если в вашем курсе \(S(t)\) обозначает путь, пишите \(72\) м.
3. Задача 2
\[ x(t)=0{,}2t^2+10t \] Скорость: \[ v(t)=x'(t)=0{,}4t+10. \] При \(t=30\): \[ v(30)=0{,}4\cdot30+10=12+10=22\ \text{м/с}. \] Ускорение: \[ a(t)=v'(t)=x''(t)=0{,}4\ \text{м/с}^2. \] Масса: \[ m=360\ \text{т}=360\,000\ \text{кг}. \] Сила тяги: \[ F=ma=360\,000\cdot0{,}4=144\,000\ \text{Н}=144\ \text{кН}. \]
4. Задача 3
\[ x(t)=2t^3-t^2,\qquad m=10\ \text{кг},\qquad t=2\ \text{с}. \] Скорость: \[ v=x'=6t^2-2t. \] Ускорение: \[ a=x''=12t-2. \] При \(t=2\): \[ a(2)=12\cdot2-2=22\ \text{м/с}^2. \] Сила: \[ F=ma=10\cdot22=220\ \text{Н}. \]
5. Задача 4
\[ f(x)=x^2-2x+3,\qquad x_0=3. \] Значение функции: \[ f(3)=3^2-2\cdot3+3=9-6+3=6. \] Производная: \[ f'(x)=2x-2,\qquad f'(3)=2\cdot3-2=4. \] Уравнение касательной: \[ y=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0), \] \[ y=6+4(x-3)=4x-6. \]
Проверка: при \(x=3\) получаем \(y=4\cdot3-6=6=f(3)\), угловой коэффициент \(4=f'(3)\). Всё верно.
6. Задача 5
\[ y=x^3-9x. \] Производная: \[ y'=3x^2-9=3(x^2-3). \] Критические точки: \[ x=\pm\sqrt3. \] Нули функции: \[ x^3-9x=x(x^2-9)=x(x-3)(x+3), \] то есть \(x=-3;0;3\).
Экстремумы: \[ y(-\sqrt3)=(-\sqrt3)^3-9(-\sqrt3)=-3\sqrt3+9\sqrt3=6\sqrt3\approx10{,}4, \] \[ y(\sqrt3)=3\sqrt3-9\sqrt3=-6\sqrt3\approx-10{,}4. \] Значит, максимум в точке \((-\sqrt3;6\sqrt3)\), минимум в \((\sqrt3;-6\sqrt3)\).
Вторая производная: \[ y''=6x, \] поэтому при \(x<0\) график выпуклый вверх, при \(x>0\) — вниз, а \((0;0)\) — точка перегиба.
Для построения отметь точки \((-3;0),(0;0),(3;0)\), экстремумы и точку перегиба, затем проведи плавную кубическую кривую: она возрастает на \((-\infty;-\sqrt3)\) и \((\sqrt3;+\infty)\), убывает на \((-\sqrt3;\sqrt3)\).
Проверка идей:
- скорость — производная координаты, ускорение — вторая производная;
- сила находится по второму закону Ньютона \(F=ma\);
- касательная строится по формуле \(y=f(x_0)+f'(x_0)(x-x_0)\);
- графики преобразуются сдвигами и растяжениями.
