Funkcja i jej własności
Sprawdzian
Grupa A
Zadanie 1 (3 pkt)
Wykaż na podstawie definicji, że funkcja \(f(x) = \dfrac{-3}{x}\), gdzie \(x \in \mathbb{R}_+\) jest rosnąca.
Dowód przeprowadzono na podstawie definicji: wykazano, że dla dowolnych argumentów \(x_1, x_2 \in \mathbb{R}_+\) spełniających warunek \(x_1 < x_2\) zachodzi nierówność \(f(x_2) > f(x_1)\) (różnica \(f(x_2) - f(x_1) > 0\)), co oznacza, że funkcja \(f(x) = \dfrac{-3}{x}\) jest rosnąca w zbiorze liczb rzeczywistych dodatnich \(\mathbb{R}_+\).
Wskazówki:
- Funkcja \(f\) jest rosnąca w zbiorze \(D\), jeśli dla dowolnych argumentów \(x_1, x_2 \in D\) takich, że \(x_1 < x_2\), zachodzi nierówność \(f(x_1) < f(x_2)\).
- Równoważnie badamy znak różnicy wartości funkcji: \(f(x_2) - f(x_1)\). Jeśli różnica ta jest ściśle dodatnia dla \(x_2 > x_1\), to funkcja jest rosnąca.
- Pamiętaj o założeniach wynikających z dziedziny: dla \(x \in \mathbb{R}_+\) zachodzi \(x > 0\), więc iloczyn dwóch takich liczb jest zawsze dodatni.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sformułowanie założeń i definicji funkcji rosnącej:
Dziedziną funkcji jest zbiór liczb rzeczywistych dodatnich: $$ D = \mathbb{R}_+ = (0, +\infty) $$ Zgodnie z definicją funkcja jest rosnąca w zbiorze \(D\), gdy: $$ \forall_{x_1, x_2 \in D} \; (x_1 < x_2 \implies f(x_1) < f(x_2)) $$ Wybieramy dowolne argumenty \(x_1, x_2 \in \mathbb{R}_+\) takie, że: $$ x_1 < x_2 \iff x_2 - x_1 > 0 $$ Aby udowodnić tezę, wystarczy wykazać, że różnica wartości funkcji \(f(x_2) - f(x_1)\) jest większa od zera. -
Sposób I – Wyznaczenie i badanie znaku różnicy \(f(x_2) - f(x_1)\):
Wstawiamy wzór funkcji \(f(x) = \dfrac{-3}{x}\) do wyrażenia różnicowego: $$ \begin{aligned} f(x_2) - f(x_1) &= \dfrac{-3}{x_2} - \left(\dfrac{-3}{x_1}\right) \\[8pt] &= -\dfrac{3}{x_2} + \dfrac{3}{x_1} \\[8pt] &= \dfrac{3}{x_1} - \dfrac{3}{x_2} \end{aligned} $$ Sprowadzamy ułamki do wspólnego mianownika \(x_1 x_2\): $$ \begin{aligned} f(x_2) - f(x_1) &= \dfrac{3x_2}{x_1 x_2} - \dfrac{3x_1}{x_1 x_2} \\[8pt] &= \dfrac{3x_2 - 3x_1}{x_1 x_2} \\[8pt] &= \dfrac{3(x_2 - x_1)}{x_1 x_2} \end{aligned} $$ Oceniamy znak otrzymanego ilorazu na podstawie przyjętych założeń:
• Licznik: Z założenia \(x_1 < x_2\), stąd \(x_2 - x_1 > 0\). Mnożąc przez liczbę dodatnią \(3\), otrzymujemy \(3(x_2 - x_1) > 0\).
• Mianownik: Skoro \(x_1, x_2 \in \mathbb{R}_+\), to \(x_1 > 0\) oraz \(x_2 > 0\). Iloczyn dwóch liczb dodatnich jest dodatni: \(x_1 x_2 > 0\).
Iloraz dwóch wyrażeń dodatnich jest liczbą dodatnią: $$ \dfrac{3(x_2 - x_1)}{x_1 x_2} > 0 \implies f(x_2) - f(x_1) > 0 \implies f(x_2) > f(x_1) $$ -
Sposób II – Równoważne przekształcenie nierówności wyjściowej:
Wychodzimy bezpośrednio z założenia dla dowolnych \(x_1, x_2 \in \mathbb{R}_+\): $$ x_1 < x_2 $$ Ponieważ obie strony nierówności są ściśle dodatnie (\(x_1 > 0\), \(x_2 > 0\)), możemy obustronnie odwrócić ułamki, co zmienia zwrot nierówności na przeciwny: $$ \dfrac{1}{x_1} > \dfrac{1}{x_2} $$ Mnożymy obie strony nierówności przez liczbę ujemną \(-3\), co ponownie zmienia zwrot nierówności: $$ \begin{aligned} -3 \cdot \dfrac{1}{x_1} &< -3 \cdot \dfrac{1}{x_2} \\[8pt] \dfrac{-3}{x_1} &< \dfrac{-3}{x_2} \\[8pt] f(x_1) &< f(x_2) \end{aligned} $$ Z założenia \(x_1 < x_2\) wynika nierówność \(f(x_1) < f(x_2)\). -
Wnioskowanie i ilustracja graficzna:
Wykazaliśmy, że dla każdego \(x_1, x_2 \in \mathbb{R}_+\) z warunku \(x_1 < x_2\) wynika \(f(x_1) < f(x_2)\). Zatem funkcja \(f(x) = \dfrac{-3}{x}\) jest funkcją rosnącą w zbiorze \(\mathbb{R}_+\). Poniższy rysunek obrazuje przebieg prawej gałęzi hiperboli w IV ćwiartce układu współrzędnych – wraz ze wzrostem argumentów \(x\) wartości funkcji rosną (zbliżają się do osi \(OX\) od dołu).
Odpowiedź:
Wykazano na podstawie definicji, że funkcja \(f(x) = \dfrac{-3}{x}\) jest rosnąca w zbiorze \(\mathbb{R}_+\).
Wykazano na podstawie definicji, że funkcja \(f(x) = \dfrac{-3}{x}\) jest rosnąca w zbiorze \(\mathbb{R}_+\).
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 2 (3 pkt)
Prostokąt ma obwód równy 32 cm. Zależnie od długości jednego z jego boków, oznaczonego jako \(a\), wyraź wzorem pole powierzchni tego prostokąta jako funkcję zmiennej \(a\). Podaj także dziedzinę oraz zbiór wartości tej funkcji.
Wzór funkcji: \(P(a) = -a^2 + 16a\) lub \(P(a) = a(16 - a)\)
Dziedzina: \(D = (0, 16)\)
Zbiór wartości: \(ZW = (0, 64\rangle\)
Dziedzina: \(D = (0, 16)\)
Zbiór wartości: \(ZW = (0, 64\rangle\)
Wskazówki:
- Obwód prostokąta o bokach \(a\) oraz \(b\) wyraża się wzorem \(2a + 2b = 32\text{ cm}\). Przekształć ten warunek, aby wyznaczyć długość drugiego boku \(b\) w zależności od zmiennej \(a\).
- Pole prostokąta to iloczyn długości jego sąsiednich boków: \(P = a \cdot b\). Podstawienie wyznaczonego boku \(b\) da funkcję kwadratową zmiennej \(a\).
- Długości boków figury geometrycznej muszą być liczbami ściśle dodatnimi (\(a > 0\) oraz \(b > 0\)), co posłuży do wyznaczenia dziedziny geometrycznej.
- Zbiór wartości funkcji kwadratowej o ramionach skierowanych w dół w przedziale dziedziny zależy od wartości w wierzchołku paraboli oraz wartości przy krańcach przedziału.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Rysunek pomocniczy i uzależnienie drugiego boku prostokąta od zmiennej \(a\):
Niech boki prostokąta mają długości \(a\) oraz \(b\) (wyrażone w centymetrach). Z treści zadania wiemy, że obwód figury wynosi \(32\text{ cm}\): $$\begin{aligned} 2a + 2b &= 32 \quad \Big/ : 2 \\[8pt] a + b &= 16 \\[8pt] b &= 16 - a \end{aligned}$$ -
Wyznaczenie wzoru funkcji pola powierzchni oraz ustalenie jej dziedziny:
Pole powierzchni prostokąta to iloczyn długości jego boków \(P = a \cdot b\). Podstawiając \(b = 16 - a\), otrzymujemy wzór funkcji: $$\begin{aligned} P(a) &= a \cdot (16 - a) \\[8pt] &= 16a - a^2 \\[8pt] &= -a^2 + 16a \end{aligned}$$ Aby prostokąt istniał, długości obu jego boków muszą być ściśle dodatnie: $$\begin{cases} a > 0 \\[6pt] 16 - a > 0 \end{cases} \implies \begin{cases} a > 0 \\[6pt] a < 16 \end{cases}$$ Łącząc oba warunki, otrzymujemy dziedzinę funkcji \(P(a)\): $$D = (0, 16)$$ -
Wyznaczenie zbioru wartości funkcji oraz interpretacja na wykresie:
Wzór \(P(a) = -a^2 + 16a\) opisuje funkcję kwadratową, w której współczynniki wynoszą \(A = -1\), \(B = 16\), \(C = 0\).
Ponieważ współczynnik przy najwyższej potędze jest ujemny (\(A = -1 < 0\)), ramiona paraboli są skierowane w dół, a funkcja osiąga wartość największą w wierzchołku \(W = (p, q)\): $$\begin{aligned} p &= \dfrac{-B}{2A} = \dfrac{-16}{2 \cdot (-1)} = 8 \\[8pt] q &= P(8) = -(8)^2 + 16 \cdot 8 = -64 + 128 = 64 \end{aligned}$$ Argument \(a = 8\) należy do dziedziny (\(8 \in (0, 16)\)), zatem największa możliwa wartość pola prostokąta wynosi \(64\text{ cm}^2\) (prostokąt staje się wówczas kwadratem o boku \(8\text{ cm}\)).
Na krańcach przedziału dziedziny, gdy \(a \to 0^+\) lub \(a \to 16^-\), wartość pola dąży do zera (\(P(a) \to 0\)), lecz nigdy go nie osiąga, gdyż boki muszą mieć długości większe od zera. Wobec tego pole przyjmuje wartości ze zbioru: $$ZW = (0, 64\rangle$$
Odpowiedź:
Wzór funkcji: \(P(a) = -a^2 + 16a\) lub \(P(a) = a(16 - a)\)
Dziedzina: \(D = (0, 16)\)
Zbiór wartości: \(ZW = (0, 64\rangle\)
Wzór funkcji: \(P(a) = -a^2 + 16a\) lub \(P(a) = a(16 - a)\)
Dziedzina: \(D = (0, 16)\)
Zbiór wartości: \(ZW = (0, 64\rangle\)
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 3 (3 pkt)
Sporządź wykres funkcji
$$f(x) = \begin{cases} 3 & \text{dla } x < -1 \\ x - 1 & \text{dla } -1 \le x < 2 \\ -2 & \text{dla } x \ge 2 \end{cases}$$
Podaj jej zbiór wartości i miejsca zerowe.
Wykres funkcji \(f(x)\):
Zbiór wartości:
\(ZW = [-2, 1) \cup \{3\}\)
Miejsce zerowe:
\(x = 1\)
Zbiór wartości:
\(ZW = [-2, 1) \cup \{3\}\)
Miejsce zerowe:
\(x = 1\)
Wskazówki:
- Wykres funkcji określonej klamrą sporządzamy, rysując poszczególne fragmenty wyłącznie w odpowiadających im przedziałach argumentów.
- Zwróć szczególną uwagę na końce przedziałów:
- dla nierówności ostrych (\(<\), \(>\)) punkt krańcowy oznaczamy kółkiem otwartym (niezamalowanym), co oznacza, że punkt ten nie należy do wykresu,
- dla nierówności słabych (\(\le\), \(\ge\)) punkt krańcowy oznaczamy kółkiem domkniętym (zamalowanym).
- Miejsca zerowe to argumenty \(x\), dla których \(f(x) = 0\) (punkty przecięcia wykresu z osią \(OX\)). Rozwiązujemy równanie \(f(x) = 0\) w każdym z przedziałów i sprawdzamy, czy otrzymany wynik należy do rozpatrywanego przedziału.
- Zbiór wartości funkcji \(ZW\) odczytujemy z wykresu, rzutując wszystkie jego punkty na oś \(OY\).
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Sporządzenie wykresu funkcji w poszczególnych przedziałach:
Analizujemy zachowanie funkcji w trzech określonych w treści zadania przedziałach dziedziny:
Część 1: Dla \(x \in (-\infty, -1)\) funkcja ma postać \(f(x) = 3\). Jest to funkcja stała.- Jej wykresem jest pozioma półprosta biegnąca w lewo na wysokości \(y = 3\).
- Prawy koniec odpowiada argumentowi \(x = -1\). Ponieważ nierówność jest ostra (\(x < -1\)), punkt \((-1, 3)\) nie należy do wykresu – zaznaczamy w nim kółko otwarte.
- Wyznaczamy wartość na lewym krańcu przedziału: $$f(-1) = -1 - 1 = -2$$ Ponieważ \(x \ge -1\), punkt \((-1, -2)\) należy do wykresu – zaznaczamy w nim kółko zamalowane.
- Wyznaczamy graniczną wartość przy zbliżaniu się do prawego krańca przedziału (\(x \to 2\)): $$f(2) = 2 - 1 = 1$$ Ponieważ nierówność jest ostra (\(x < 2\)), punkt \((2, 1)\) nie należy do tego fragmentu wykresu – zaznaczamy w nim kółko otwarte.
- Łączymy punkty \((-1, -2)\) oraz \((2, 1)\) odcinkiem.
- Dla \(x = 2\) otrzymujemy \(f(2) = -2\). Ponieważ \(x \ge 2\), punkt \((2, -2)\) należy do wykresu – zaznaczamy w nim kółko zamalowane.
- Wykresem jest pozioma półprosta biegnąca w prawo na wysokości \(y = -2\).
-
Wyznaczenie miejsc zerowych funkcji:
Miejsce zerowe to taki argument \(x\), dla którego \(f(x) = 0\). Rozpatrujemy kolejno każdy przedział:
Przedział 1: \(x < -1\)
W tym przedziale: $$f(x) = 3 \ne 0$$ Równanie nie ma rozwiązań – w tym przedziale funkcja nie ma miejsc zerowych.
Przedział 2: \(-1 \le x < 2\)
Przyrównujemy wzór funkcji do zera: $$\begin{aligned} x - 1 &= 0 \\[8pt] x &= 1 \end{aligned}$$ Sprawdzamy, czy wyznaczona liczba należy do badanego przedziału: $$1 \in [-1, 2)$$ Warunek jest spełniony, zatem liczba \(x = 1\) jest miejscem zerowym funkcji.
Przedział 3: \(x \ge 2\)
W tym przedziale: $$f(x) = -2 \ne 0$$ Równanie nie ma rozwiązań – w tym przedziale funkcja nie posiada miejsc zerowych.
Jedynym miejscem zerowym funkcji \(f(x)\) jest \(x = 1\). -
Wyznaczenie zbioru wartości funkcji:
Zbiór wartości funkcji \(ZW\) to zbiór wszystkich wartości \(y\), jakie funkcja osiąga w swojej dziedzinie. Wyznaczamy zbiory wartości dla każdego z trzech przedziałów:
Przedział 1: Dla \(x \in (-\infty, -1)\) funkcja przyjmuje tylko jedną wartość: $$ZW_1 = \{3\}$$ Przedział 2: Dla \(x \in [-1, 2)\) funkcja \(f(x) = x - 1\) jest rosnąca.- Najmniejszą wartość osiąga na lewym, domkniętym krańcu przedziału: $$f(-1) = -1 - 1 = -2$$
- Przy zbliżaniu się do prawego, otwartego krańca przedziału (\(x \to 2\)) wartości funkcji rosną do: $$2 - 1 = 1$$ Wartość \(1\) nie jest osiągana, ponieważ punkt \(x = 2\) nie należy do tego przedziału.
Odpowiedź:
Zbiór wartości: \(ZW = [-2, 1) \cup \{3\}\)
Miejsce zerowe: \(x = 1\)
Zbiór wartości: \(ZW = [-2, 1) \cup \{3\}\)
Miejsce zerowe: \(x = 1\)
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 4 (4 pkt)
Wyznacz dziedzinę i naszkicuj wykres funkcji
$$f(x) = \sqrt{4x^2 - 12x + 9} - 3\left|x - \dfrac{3}{2}\right|$$
Dziedzina: \(D = \mathbb{R}\)
Postać uproszczona funkcji: \(f(x) = -\left|x - \dfrac{3}{2}\right|\)
Postać uproszczona funkcji: \(f(x) = -\left|x - \dfrac{3}{2}\right|\)
Wskazówki:
- Wyrażenie pod pierwiastkiem kwadratowym musi być nieujemne; zwiń trójmian kwadratowy za pomocą wzoru skróconego mnożenia na kwadrat różnicy.
- Skorzystaj z tożsamości algebraicznej \(\sqrt{a^2} = |a|\), aby zamienić pierwiastek na wartość bezwzględną.
- Wyłącz czynnik liczbowy przed znak modułu, zredukuj wyrazy podobne i odczytaj własności powstałej funkcji.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie dziedziny funkcji \(f\):
Rozpatrujemy funkcję daną wzorem: $$f(x) = \sqrt{4x^2 - 12x + 9} - 3\left|x - \dfrac{3}{2}\right|$$ Pierwiastek stopnia parzystego jest określony wyłącznie dla wyrażeń nieujemnych, co prowadzi do nierówności: $$4x^2 - 12x + 9 \ge 0$$ Zwijamy trójmian pod pierwiastkiem, stosując wzór skróconego mnożenia na kwadrat różnicy \((a - b)^2 = a^2 - 2ab + b^2\): $$\begin{aligned} 4x^2 - 12x + 9 &= (2x)^2 - 2 \cdot 2x \cdot 3 + 3^2 \\[8pt] &= (2x - 3)^2 \end{aligned}$$ Kwadrat dowolnego wyrażenia rzeczywistego jest zawsze nieujemny: $$(2x - 3)^2 \ge 0 \quad \text{dla każdego } x \in \mathbb{R}$$ Działanie wartości bezwzględnej \(\left|x - \frac{3}{2}\right|\) jest również określone dla każdego \(x \in \mathbb{R}\). Zatem dziedziną funkcji jest zbiór liczb rzeczywistych: $$D = \mathbb{R}$$ -
Uproszczenie wzoru funkcji za pomocą wartości bezwzględnej:
Stosujemy podstawową tożsamość \(\sqrt{a^2} = |a|\) dla wyrażenia podpierwiastkowego: $$\sqrt{4x^2 - 12x + 9} = \sqrt{(2x - 3)^2} = |2x - 3|$$ Wstawiamy otrzymaną postać do wzoru funkcji: $$f(x) = |2x - 3| - 3\left|x - \dfrac{3}{2}\right|$$ Z wyrażenia w pierwszym module wyłączamy stałą \(2\) przed nawias: $$|2x - 3| = \left|2\left(x - \dfrac{3}{2}\right)\right| = |2| \cdot \left|x - \dfrac{3}{2}\right| = 2\left|x - \dfrac{3}{2}\right|$$ Podstawiamy i redukujemy wyrazy podobne: $$\begin{aligned} f(x) &= 2\left|x - \dfrac{3}{2}\right| - 3\left|x - \dfrac{3}{2}\right| \\[8pt] &= (2 - 3)\left|x - \dfrac{3}{2}\right| \\[8pt] &= -\left|x - \dfrac{3}{2}\right| \end{aligned}$$ Otrzymujemy uproszczony wzór funkcji: $$f(x) = -\left|x - \dfrac{3}{2}\right|$$ -
Analiza własności geometrycznych i sporządzenie wykresu funkcji:
Wykres funkcji \(f(x) = -\left|x - \frac{3}{2}\right|\) powstaje z wykresu funkcji podstawowej \(y = |x|\) poprzez dwa kolejne przekształcenia geometryczne:
1. Przesunięcie wykresu \(y = |x|\) o wektor \(\vec{u} = \left[\frac{3}{2}, 0\right]\) (o \(\frac{3}{2}\) jednostki w prawo wzdłuż osi \(OX\)), co daje wykres funkcji \(y = \left|x - \frac{3}{2}\right|\) o wierzchołku w punkcie \(\left(\frac{3}{2}, 0\right)\).
2. Symetrię osiową względem osi \(OX\) (\(y = -g(x)\)), która odwraca ramiona wykresu do dołu.
Równoważnie, korzystając z definicji modułu, funkcję można zapisać przedziałami: $$f(x) = \begin{cases} -\left(x - \dfrac{3}{2}\right) = -x + \dfrac{3}{2} & \text{dla } x \ge \dfrac{3}{2} \\[8pt] -\left(-\left(x - \dfrac{3}{2}\right)\right) = x - \dfrac{3}{2} & \text{dla } x < \dfrac{3}{2} \end{cases}$$ Wyznaczamy kluczowe punkty wykresu: $$\begin{aligned} W &= \left(\dfrac{3}{2}, 0\right) = (1{,}5; \ 0) \quad \text{– wierzchołek (maksimum funkcji)} \\[8pt] x = 0 &\implies f(0) = -\left|0 - \dfrac{3}{2}\right| = -\dfrac{3}{2} \implies \left(0, -\dfrac{3}{2}\right) \\[8pt] x = 3 &\implies f(3) = -\left|3 - \dfrac{3}{2}\right| = -\dfrac{3}{2} \implies \left(3, -\dfrac{3}{2}\right) \\[8pt] x = -1 &\implies f(-1) = -\left|-1 - \dfrac{3}{2}\right| = -\dfrac{5}{2} \implies \left(-1, -\dfrac{5}{2}\right) \\[8pt] x = 4 &\implies f(4) = -\left|4 - \dfrac{3}{2}\right| = -\dfrac{5}{2} \implies \left(4, -\dfrac{5}{2}\right) \end{aligned}$$
Odpowiedź:
Dziedzina funkcji: \(D = \mathbb{R}\)
Uproszczony wzór: \(f(x) = -\left|x - \dfrac{3}{2}\right|\)
Dziedzina funkcji: \(D = \mathbb{R}\)
Uproszczony wzór: \(f(x) = -\left|x - \dfrac{3}{2}\right|\)
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Zadanie 5 (3 pkt)
Dla jakich wartości argumentu funkcje
$$ f(x) = \dfrac{x^2-4}{x-2} + 2 \quad \text{oraz} \quad g(x) = 6x $$
osiągają tę samą wartość?
Funkcje osiągają tę samą wartość dla argumentu \(x = \dfrac{4}{5}\) (czyli \(x = 0{,}8\)).
Wskazówki:
- Wyznacz dziedzinę funkcji \(f(x)\), pamiętając, że mianownik ułamka nie może być równy zero (\(x - 2 \neq 0\)).
- Rozłóż licznik ułamka \(x^2 - 4\) na czynniki za pomocą wzoru skróconego mnożenia na różnicę kwadratów i uprość wzór funkcji \(f(x)\) dla argumentów należących do dziedziny.
- Przyrównaj wzory obu funkcji \(f(x) = g(x)\), wyznacz wartość argumentu \(x\) i upewnij się, że otrzymany wynik należy do wyznaczonej dziedziny.
Rozwiązanie krok po kroku:
-
Wyznaczenie dziedziny funkcji \(f(x)\) oraz \(g(x)\):
Dane są funkcje: $$ f(x) = \dfrac{x^2-4}{x-2} + 2 \quad \text{oraz} \quad g(x) = 6x $$ Mianownik ułamka we wzorze funkcji \(f(x)\) musi być różny od zera: $$ \begin{aligned} x - 2 &\neq 0 \\[8pt] x &\neq 2 \end{aligned} $$ Zatem dziedziną funkcji \(f\) jest zbiór liczb rzeczywistych z wyłączeniem dwójki: $$ D_f = \mathbb{R} \setminus \{2\} $$ Funkcja liniowa \(g(x) = 6x\) jest określona dla wszystkich liczb rzeczywistych, czyli \(D_g = \mathbb{R}\).
Wspólną dziedziną, w której poszukujemy równości wartości obu funkcji, jest: $$ D = D_f \cap D_g = \mathbb{R} \setminus \{2\} $$ -
Uproszczenie wzoru funkcji \(f(x)\) w jej dziedzinie:
Dla każdego \(x \neq 2\) rozkładamy licznik ułamka, korzystając ze wzoru skróconego mnożenia na różnicę kwadratów \(a^2 - b^2 = (a - b)(a + b)\): $$ x^2 - 4 = (x - 2)(x + 2) $$ Wstawiamy rozkład do wzoru funkcji \(f(x)\) i redukujemy powtarzający się czynnik: $$ \begin{aligned} f(x) &= \dfrac{(x - 2)(x + 2)}{x - 2} + 2 \\[8pt] &= (x + 2) + 2 \\[8pt] &= x + 4 \end{aligned} $$ Zatem dla każdego argumentu \(x \in \mathbb{R} \setminus \{2\}\) funkcja \(f(x)\) przyjmuje postać \(f(x) = x + 4\). -
Sposób I – Rozwiązanie algebraiczne (przyrównanie wartości funkcji):
Szukamy argumentów \(x \in D\), dla których zachodzi równość \(f(x) = g(x)\): $$ x + 4 = 6x $$ Przenosimy wyrażenia z niewiadomą na jedną stronę równania: $$ \begin{aligned} 4 &= 6x - x \\[8pt] 5x &= 4 \\[8pt] x &= \dfrac{4}{5} = 0{,}8 \end{aligned} $$ Sprawdzamy warunek dziedziny: $$ \dfrac{4}{5} \neq 2 \implies \dfrac{4}{5} \in D $$ Wartość obu funkcji dla wyznaczonego argumentu wynosi: $$ f\left(\dfrac{4}{5}\right) = \dfrac{4}{5} + 4 = \dfrac{24}{5} = 4{,}8 $$ $$ g\left(\dfrac{4}{5}\right) = 6 \cdot \dfrac{4}{5} = \dfrac{24}{5} = 4{,}8 $$ -
Sposób II – Interpretacja graficzna w układzie współrzędnych:
Przedstawiamy obie funkcje w jednym układzie współrzędnych:- Wykres funkcji \(f(x)\) stanowi prosta \(y = x + 4\) z wyłączeniem punktu o odciętej \(x = 2\), czyli z tzw. punktem otwartym (dziurą) o współrzędnych \((2, 6)\).
- Wykres funkcji \(g(x) = 6x\) to prosta przechodząca przez początek układu współrzędnych \((0, 0)\) oraz punkt \((1, 6)\).
Odpowiedź:
Funkcje osiągają tę samą wartość dla argumentu \(x = \dfrac{4}{5}\) (czyli \(x = 0{,}8\)).
Funkcje osiągają tę samą wartość dla argumentu \(x = \dfrac{4}{5}\) (czyli \(x = 0{,}8\)).
Wideolekcja:
Nagranie wideo do tego zadania pojawi się wkrótce.
Obejrzyj pełne omówienie zadania krok po kroku:
Grupa B
Zadanie 1 (3 pkt)
Wykaż na podstawie definicji, że funkcja $f(x) = \frac{5}{x}$, gdzie $x \in \mathbb{R}_+$ jest malejąca.
Dowód
Zadanie 2 (3 pkt)
Prostokąt ma obwód równy 16 cm. Zależnie od długości jednego z jego boków, oznaczonego jako $a$, wyraź wzorem pole powierzchni tego prostokąta jako funkcję zmiennej $a$. Podaj także dziedzinę oraz zbiór wartości tej funkcji.
Wzór funkcji pola: $P(a) = -a^2 + 8a$
Dziedzina: $a \in (0, 8)$
Zbiór wartości: $P(a) \in (0, 16]$
Zadanie 3 (3 pkt)
Sporządź wykres funkcji
$
f(x) = \begin{cases}
-1 & \text{dla } x < 0 \\
x^2 & \text{dla } 0 \leq x < 2 \\
4 & \text{dla } x \geq 2
\end{cases}
$
Podaj jej zbiór wartości i miejsca zerowe.
Zbiór wartości: $\{-1\} \cup [0, 4]$
Miejsca zerowe: x=0
Zadanie 4 (4 pkt)
Wyznacz dziedzinę i naszkicuj wykres funkcji
$\sqrt{16x^2 + 8x + 1} + 4|x + \tfrac{1}{4}|$
$x \in \mathbb{R}$
Zadanie 5 (3 pkt)
Dla jakich wartości argumentu funkcje
$f(x) = \frac{x^2 - 9}{x - 3} + 1 \quad \text{oraz} \quad g(x) = 4x$
osiągają tę samą wartość?
$x=\frac{4}{3}$
