Tredjegradsfunksjon og vannstand
Funksjonen \(f\) er gitt ved
- Vis at grafen til \(f\) har et bunnpunkt i \((5, -32)\).
Bestem eventuelle andre toppunkter og bunnpunkter på grafen til \(f\).
- Lag en skisse av grafen til \(f\).
Vi skal nå studere vannstanden under en vårflom i en elv. Vannstanden er høyden (i meter) på vannet målt på en utplassert skala.
En modell \(g\) for vannstanden er gitt ved
Her er \(x\) antall dager etter at flommen startet.
- Når var vannstanden på sitt høyeste, og hva var vannstanden da?
- Når økte vannstanden mest, og hvor raskt økte den da?
a) Bunnpunkt i \((5, -32)\), toppunkt i \((1, 0)\)
b) Skisse
c) Vannstanden var høyest etter 5 dager, med \(g(5) = 3{,}2 \mathrm{~meter}\)
d) Vannstanden økte mest etter 3 dager, med \(1{,}2 \text{~meter per dag}\)
a
Vi utvider \(f(x) = (x-1)^2(x-7)\):
Vi deriverer:
Vi setter \(f'(x) = 0\):
Vi bruker fortegnsskjema for \(f'(x)\):
| \(x\) | \(\leftarrow 1\) | \(1\) | \(1 \to 5\) | \(5\) | \(5 \to\) |
|---|---|---|---|---|---|
| \(f'(x)\) | \(+\) | \(0\) | \(-\) | \(0\) | \(+\) |
| \(f(x)\) | \(\nearrow\) | \(0\) | \(\searrow\) | \(-32\) | \(\nearrow\) |
Vi ser at \(f\) har toppunkt i \((1, 0)\) og bunnpunkt i \((5, -32)\).
Vi kontrollerer: \(f(5) = (5-1)^2(5-7) = 16 \cdot (-2) = -32\) ✓
b
Grafen til \(f\) har:
- Nullpunkter i \(x = 1\) (dobbelt) og \(x = 7\)
- Toppunkt i \((1, 0)\)
- Bunnpunkt i \((5, -32)\)
Grafen starter negativt for \(x < 1\), tangerer \(x\)-aksen i \(x = 1\), synker ned til bunnpunktet \((5, -32)\), og krysser \(x\)-aksen igjen i \(x = 7\).
c
Siden \(g(x) = -0{,}10 \cdot f(x)\), har \(g\) maksimum der \(f\) har minimum. Fra oppgave a) har \(f\) minimum i \(x = 5\).
Vannstanden var på sitt høyeste etter \(\underline{\underline{5 \mathrm{~dager}}}\), og vannstanden var da \(\underline{\underline{3{,}2 \mathrm{~meter}}}\).
d
Vannstanden økte mest der \(g'(x)\) er størst, altså i vendepunktet til \(g\) der \(g''(x) = 0\).
Vi setter \(g''(x) = 0\):
Vi sjekker at \(x = 3 \in [2, 6]\) ✓
Vannstanden økte mest etter \(\underline{\underline{3 \mathrm{~dager}}}\), og den økte da med \(\underline{\underline{1{,}2 \text{~meter per dag}}}\).