9 Funkcje wymierne
Sprawdzian 2
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
Naszkicuj wykres funkcji postaci $f(x) = \frac{a}{x}$, gdzie $a \neq 0$ i $x \in \mathbb{R} \setminus \{0\}$, który przechodzi przez punkt $P \left(3, 2\right)$.
Wykres funkcji $f(x) = \frac{6}{x}$ jest hiperbolą o asymptotach $x=0$ i $y=0$, leżącą w I i III ćwiartce układu współrzędnych i przechodzącą przez punkt $P \left(3, 2\right)$.
Aby naszkicować wykres funkcji, najpierw musimy znaleźć wartość parametru $a$.
Punkt $P \left(3, 2\right)$ oznacza, że dla $x = 3$ wartość funkcji $f(x)$ wynosi $2$.
Podstawiamy współrzędne punktu $P \left(3, 2\right)$ do wzoru funkcji $f(x) = \frac{a}{x}$:\[ 2 = \frac{a}{3} \]Następnie rozwiązujemy równanie, aby znaleźć $a$:\[ a = 2 \cdot 3 \]\[ a = 6 \]Zatem wzór funkcji to $f(x) = \frac{6}{x}$.
Wykres funkcji $f(x) = \frac{6}{x}$ jest hiperbolą. Ma on dwie asymptoty: pionową o równaniu $x=0$ (oś $y$) oraz poziomą o równaniu $y=0$ (oś $x$). Ponieważ parametr $a=6$ jest dodatni, gałęzie hiperboli znajdują się w pierwszej i trzeciej ćwiartce układu współrzędnych. Przechodzi ona przez podany punkt $P \left(3, 2\right)$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Wykres funkcji $f(x) = \frac{12}{x}$, $x \neq 0$, przesunięto o 3 jednostki w dół, wzdłuż osi OY, i otrzymano wykres funkcji $g$. Podaj miejsce zerowe i zbiór wartości funkcji $g$.
Miejscem zerowym funkcji $g$ jest $x = 4$.Zbiór wartości funkcji $g$ to $Y_g = \mathbb{R} \setminus \{-3\}$.
a) Wyznaczenie wzoru funkcji $g(x):$Funkcja $f(x) = \frac{12}{x}$ po przesunięciu o 3 jednostki w dół wzdłuż osi OY przyjmuje postać funkcji $g(x):$\[ g(x) = f(x) - 3 \]\[ g(x) = \frac{12}{x} - 3 \]b) Obliczenie miejsca zerowego funkcji $g(x):$Aby znaleźć miejsce zerowe, przyrównujemy wzór funkcji $g(x)$ do zera:\[ g(x) = 0 \]\[ \frac{12}{x} - 3 = 0 \]\[ \frac{12}{x} = 3 \]Mnożymy obie strony przez $x$ (pamiętając, że $x eq 0$):\[ 12 = 3 \cdot x \]Dzielimy obie strony przez 3:\[ x = \frac{12}{3} \]\[ x = 4 \]c) Wyznaczenie zbioru wartości funkcji $g(x):$Zbiór wartości funkcji $f(x) = \frac{12}{x}$ to zbiór liczb rzeczywistych z wyłączeniem zera, czyli $\mathbb{R} \setminus \{0\}$.Przesunięcie funkcji $f(x)$ o 3 jednostki w dół powoduje, że asymptota pozioma funkcji $g(x)$ będzie wynosić $y = -3$.Zatem zbiór wartości funkcji $g(x)$ to:\[ Y_g = \mathbb{R} \setminus \{-3\} \]
Zadanie 3 (3 pkt)
Wykonać działania. Wynik podaj w najprostszej postaci.
$$\frac{4x^2 - 1}{x^2 + 2x} \cdot \frac{(x+2)^2}{(x+2)(2x+1)}$$
Odpowiedzią jest $\frac{2x-1}{x}$.
Obliczenie wyrażenia:\[ \frac{4x^2 - 1}{x^2 + 2x} \cdot \frac{(x+2)^2}{(x+2)(2x+1)} \]Rozkładamy licznik i mianownik na czynniki:\[ 4x^2 - 1 = (2x-1)(2x+1) \]\[ x^2 + 2x = x(x+2) \]Wyrażenie przyjmuje postać:\[ \frac{(2x-1)(2x+1)}{x(x+2)} \cdot \frac{(x+2)(x+2)}{(x+2)(2x+1)} \]Po skróceniu wspólnych czynników $(2x+1)$, $(x+2)$ oraz $(x+2)$ otrzymujemy:\[ \frac{2x-1}{x} \]Dziedzina wyrażenia to $x \neq 0$, $x \neq -2$ i $x \neq -\frac{1}{2}$.
Zadanie 4 (2 pkt)
Wykonaj działania. Odpowiedź podaj w najprostszej postaci. $$ \frac{8}{x-5} - \frac{3}{x+5} - \frac{30}{x^2-25} $$
Wynikiem wykonania działań jest $\frac{5}{x-5}$.
Aby wykonać działania, sprowadzamy wszystkie ułamki do wspólnego mianownika. Zauważamy, że $x^2-25 = (x-5)(x+5)$, więc wspólnym mianownikiem jest $(x-5)(x+5)$.\[ \frac{8}{x-5} - \frac{3}{x+5} - \frac{30}{x^2-25} \]\[ = \frac{8(x+5)}{(x-5)(x+5)} - \frac{3(x-5)}{(x+5)(x-5)} - \frac{30}{(x-5)(x+5)} \]\[ = \frac{8(x+5) - 3(x-5) - 30}{(x-5)(x+5)} \]\[ = \frac{8x + 40 - 3x + 15 - 30}{(x-5)(x+5)} \]\[ = \frac{5x + 25}{(x-5)(x+5)} \]\[ = \frac{5(x+5)}{(x-5)(x+5)} \]\[ = \frac{5}{x-5} \]
Zadanie 5 (3 pkt)
Wyznacz dziedzinę i miejsca zerowe funkcji f.
a) $$f(x) = \frac{(x^3 - 3x^2 + 2x)(x + 2)^2}{x^2 - 4}$$
b) $$f(x) = \frac{4 - (x + 4)^2}{(x + 3)^2}$$
a) Dziedziną funkcji jest $\mathbb{R} \setminus \{-2, 2\}$, a miejscami zerowymi są $x = 0$ i $x = 1$.
b) Dziedziną funkcji jest $\mathbb{R} \setminus \{-3\}$, a miejscami zerowymi są $x = -2$ i $x = -6$.
a) Wyznaczenie dziedziny i miejsc zerowych funkcji $f(x) = \frac{(x^3 - 3x^2 + 2x)(x + 2)^2}{x^2 - 4}$:
Dziedzina:
Mianownik nie może być równy zero:\[ x^2 - 4 \ne 0 \]\[ (x - 2)(x + 2) \ne 0 \]\[ x - 2 \ne 0 \quad \text{i} \quad x + 2 \ne 0 \]\[ x \ne 2 \quad \text{i} \quad x \ne -2 \]Zatem dziedzina funkcji to:\[ D_f = \mathbb{R} \setminus \{-2, 2\} \]Miejsca zerowe:
Funkcja przyjmuje wartość zero, gdy licznik jest równy zero i $x$ należy do dziedziny.\[ (x^3 - 3x^2 + 2x)(x + 2)^2 = 0 \]Wyłączamy $x$ z pierwszego nawiasu:\[ x(x^2 - 3x + 2)(x + 2)^2 = 0 \]Rozkładamy trójmian kwadratowy na czynniki: $x^2 - 3x + 2 = (x - 1)(x - 2)$:\[ x(x - 1)(x - 2)(x + 2)^2 = 0 \]Zatem potencjalne miejsca zerowe to:\[ x = 0 \]\[ x - 1 = 0 \implies x = 1 \]\[ x - 2 = 0 \implies x = 2 \]\[ (x + 2)^2 = 0 \implies x + 2 = 0 \implies x = -2 \]Sprawdzamy, które z tych wartości należą do dziedziny $D_f = \mathbb{R} \setminus \{-2, 2\}$.
$x = 0$ należy do dziedziny.
$x = 1$ należy do dziedziny.
$x = 2$ nie należy do dziedziny.
$x = -2$ nie należy do dziedziny.
Miejscami zerowymi funkcji są $x = 0$ i $x = 1$.
b) Wyznaczenie dziedziny i miejsc zerowych funkcji $f(x) = \frac{4 - (x + 4)^2}{(x + 3)^2}$:
Dziedzina:
Mianownik nie może być równy zero:\[ (x + 3)^2 \ne 0 \]\[ x + 3 \ne 0 \]\[ x \ne -3 \]Zatem dziedzina funkcji to:\[ D_f = \mathbb{R} \setminus \{-3\} \]Miejsca zerowe:
Funkcja przyjmuje wartość zero, gdy licznik jest równy zero i $x$ należy do dziedziny.\[ 4 - (x + 4)^2 = 0 \]Stosujemy wzór na różnicę kwadratów $a^2 - b^2 = (a - b)(a + b)$, gdzie $a = 2$ i $b = x + 4$:\[ (2 - (x + 4))(2 + (x + 4)) = 0 \]\[ (2 - x - 4)(2 + x + 4) = 0 \]\[ (-x - 2)(x + 6) = 0 \]Zatem potencjalne miejsca zerowe to:\[ -x - 2 = 0 \implies -x = 2 \implies x = -2 \]\[ x + 6 = 0 \implies x = -6 \]Sprawdzamy, które z tych wartości należą do dziedziny $D_f = \mathbb{R} \setminus \{-3\}$.
$x = -2$ należy do dziedziny.
$x = -6$ należy do dziedziny.
Miejscami zerowymi funkcji są $x = -2$ i $x = -6$.
Zadanie 6 (3 pkt)
Rozwiąż równanie. $|x^2 - 15| = 10$
Rozwiązaniami równania są $x \in \{-5, -\sqrt{5}, \sqrt{5}, 5\}$.
Rozwiązujemy równanie z wartością bezwzględną:\[ |x^2 - 15| = 10 \]Równanie to jest równoważne dwóm przypadkom: Przypadek 1:\[ x^2 - 15 = 10 \]\[ x^2 = 10 + 15 \]\[ x^2 = 25 \]\[ x = \sqrt{25} \quad \text{lub} \quad x = -\sqrt{25} \]\[ x = 5 \quad \text{lub} \quad x = -5 \]Przypadek 2:\[ x^2 - 15 = -10 \]\[ x^2 = -10 + 15 \]\[ x^2 = 5 \]\[ x = \sqrt{5} \quad \text{lub} \quad x = -\sqrt{5} \]Ostatecznie, rozwiązaniami równania są wartości:\[ x \in \{-5, -\sqrt{5}, \sqrt{5}, 5\} \]
Zadanie 7 (3 pkt)
Rozwiąż równanie
a) $$\frac{x - 3}{x + 4} = \frac{x - 7}{x + 1}$$
b) $$\frac{7}{4 - x} + \frac{3}{x} = \frac{10}{4x - x^2}$$
a) Rozwiązaniem równania jest $x = -25$.
b) W drugim równaniu $x = -\frac{1}{2}$.
a) Określenie dziedziny równania:Mianowniki nie mogą być zerowe, zatem $x + 4 \neq 0$ i $x + 1 \neq 0$.Stąd $x \neq -4$ i $x \neq -1$.Mnożymy równanie na krzyż:\[ (x - 3) \cdot (x + 1) = (x - 7) \cdot (x + 4) \]Rozwijamy obie strony równania:\[ x^2 + x - 3x - 3 = x^2 + 4x - 7x - 28 \]Upraszczamy obie strony:\[ x^2 - 2x - 3 = x^2 - 3x - 28 \]Odejmujemy $x^2$ od obu stron:\[ -2x - 3 = -3x - 28 \]Przenosimy $-3x$ na lewą stronę, a $-3$ na prawą:\[ -2x + 3x = -28 + 3 \]Ostateczne rozwiązanie:\[ x = -25 \]Sprawdzamy, czy rozwiązanie należy do dziedziny. Ponieważ $-25 \neq -4$ i $-25 \neq -1$, rozwiązanie jest poprawne.\\b) Określenie dziedziny równania:Mianowniki nie mogą być zerowe, zatem $4 - x \neq 0$ i $x \neq 0$.Ponadto $4x - x^2 = x(4 - x) \neq 0$.Stąd $x \neq 4$ i $x \neq 0$.Sprowadzamy do wspólnego mianownika $x(4 - x)$. Mnożymy obie strony równania przez wspólny mianownik:\[ x(4 - x) \cdot \frac{7}{4 - x} + x(4 - x) \cdot \frac{3}{x} = x(4 - x) \cdot \frac{10}{x(4 - x)} \]Upraszczamy wyrażenia:\[ 7x + 3 \cdot (4 - x) = 10 \]Rozwijamy iloczyn:\[ 7x + 12 - 3x = 10 \]Redukujemy wyrazy podobne:\[ 4x + 12 = 10 \]Odejmujemy $12$ od obu stron:\[ 4x = 10 - 12 \]\[ 4x = -2 \]Dzielimy przez $4$:\[ x = \frac{-2}{4} \]Ostateczne rozwiązanie:\[ x = -\frac{1}{2} \]Sprawdzamy, czy rozwiązanie należy do dziedziny. Ponieważ $-\frac{1}{2} \neq 0$ i $-\frac{1}{2} \neq 4$, rozwiązanie jest poprawne.
Zadanie 8 (2 pkt)
Pierwszy automat jest w stanie wyprodukować 1000 breloczków w ciągu 5 godzin, a drugi – w ciągu 6 godzin. Ile czasu będzie trwało wyprodukowanie 1000 breloczków, gdy automaty zostaną uruchomione w tym samym momencie i będą pracowały jednocześnie?
Wyprodukowanie 1000 breloczków przez oba automaty pracujące jednocześnie zajmie $\frac{30}{11}$ godziny, czyli około $2$ godzin i $43.6$ minuty.
Niech $W_1$ oznacza wydajność pierwszego automatu, a $W_2$ wydajność drugiego automatu. Czas $t_1 = 5 \text{ godzin}$ i $t_2 = 6 \text{ godzin}$. Liczba breloczków do wyprodukowania to $N = 1000$.
Wydajność pierwszego automatu:\[ W_1 = \frac{N}{t_1} \]\[ W_1 = \frac{1000}{5} \ \frac{\text{breloczków}}{\text{godzinę}} \]Wydajność drugiego automatu:\[ W_2 = \frac{N}{t_2} \]\[ W_2 = \frac{1000}{6} \ \frac{\text{breloczków}}{\text{godzinę}} \]Łączna wydajność obu automatów pracujących jednocześnie:\[ W_{\text{łączna}} = W_1 + W_2 \]\[ W_{\text{łączna}} = \frac{1000}{5} + \frac{1000}{6} \]\[ W_{\text{łączna}} = 1000 \cdot \left(\frac{1}{5} + \frac{1}{6}\right) \]\[ W_{\text{łączna}} = 1000 \cdot \left(\frac{6}{30} + \frac{5}{30}\right) \]\[ W_{\text{łączna}} = 1000 \cdot \frac{11}{30} \ \frac{\text{breloczków}}{\text{godzinę}} \]Czas $T$ potrzebny na wyprodukowanie $N=1000$ breloczków przez oba automaty pracujące jednocześnie:\[ T = \frac{N}{W_{\text{łączna}}} \]\[ T = \frac{1000}{1000 \cdot \frac{11}{30}} \]\[ T = \frac{30}{11} \ \text{godzin} \]Aby wyrazić czas w godzinach i minutach:\[ \frac{30}{11} \ \text{godzin} = 2 \frac{8}{11} \ \text{godzin} \]\[ \frac{8}{11} \ \text{godziny} = \frac{8}{11} \cdot 60 \ \text{minut} = \frac{480}{11} \ \text{minut} \approx 43.64 \ \text{minuty} \]Zatem czas wynosi około $2$ godziny i $43.6$ minuty.
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
Naszkicuj wykres funkcji postaci $f(x) = \frac{a}{x}$, gdzie $a \neq 0$ i $x \in \mathbb{R} \setminus \{0\}$, który przechodzi przez punkt $P \left(-4, 2\right)$.
Wykres funkcji $f(x) = \frac{-8}{x}$ jest hiperbolą o asymptotach $x=0$ i $y=0$, leżącą w II i IV ćwiartce układu współrzędnych i przechodzącą przez punkt $P \left(-4, 2\right)$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Wykres funkcji $f(x) = \frac{10}{x}$, $x \neq 0$, przesunięto o 5 jednostek w dół, wzdłuż osi OY, i otrzymano wykres funkcji $g$. Podaj miejsce zerowe i zbiór wartości funkcji $g$.
Miejscem zerowym funkcji $g$ jest $x = 2$.Zbiór wartości funkcji $g$ to $Y_g = \mathbb{R} \setminus \{-5\}$.
Zadanie 3 (3 pkt)
Wykonać działania. Wynik podaj w najprostszej postaci.
$$\frac{16x^2 - 1}{x^2 + 3x} \cdot \frac{(x+3)^2}{(x+3)(4x+1)}$$
Odpowiedzią jest $\frac{4x-1}{x}$.
Zadanie 4 (2 pkt)
Wykonaj działania. Odpowiedź podaj w najprostszej postaci. $$ \frac{9}{x-2} - \frac{4}{x+2} - \frac{16}{x^2-4} $$
Wynikiem wykonania działań jest $\frac{5}{x-2}$.
Zadanie 5 (3 pkt)
Wyznacz dziedzinę i miejsca zerowe funkcji f.
a) $$f(x) = \frac{(x^3 - 4x^2 + 3x)(x + 3)^2}{x^2 - 9}$$
b) $$f(x) = \frac{9 - (x + 5)^2}{(x + 4)^2}$$
a) Dziedziną funkcji jest $\mathbb{R} \setminus \{-3, 3\}$, a miejscami zerowymi są $x = 0$ i $x = 1$.
b) Dziedziną funkcji jest $\mathbb{R} \setminus \{-4\}$, a miejscami zerowymi są $x = -2$ i $x = -8$.
Zadanie 6 (3 pkt)
Rozwiąż równanie. $|x^2 - 10| = 6$
Rozwiązaniami równania są $x \in \{-4, -2, 2, 4\}$.
Zadanie 7 (3 pkt)
Rozwiąż równanie.
a) $$\frac{x - 1}{x + 3} = \frac{x - 5}{x + 2}$$
b) $$\frac{6}{5 - x} + \frac{4}{x} = \frac{10}{5x - x^2}$$
a) Rozwiązaniem równania jest $x = -\frac{13}{3}$.
b) W drugim równaniu $x = -5$.
Zadanie 8 (2 pkt)
Pierwszy automat jest w stanie wyprodukować 1000 breloczków w ciągu 9 godzin, a drugi – w ciągu 12 godzin. Ile czasu będzie trwało wyprodukowanie 1000 breloczków, gdy automaty zostaną uruchomione w tym samym momencie i będą pracowały jednocześnie?
Wyprodukowanie 1000 breloczków przez oba automaty pracujące jednocześnie zajmie $\frac{36}{7}$ godziny, czyli około $5$ godzin i $8.6$ minuty.
