פונקציות וחקירה — תרגול לבגרות 3 יח"ל (כיתה י"ב)

מפתח תשובות ופתרונות

1. הכדור לפי $f$ מגיע לגובה המקסימלי שלו במרחק קטן יותר מהכדור לפי $g$ — מרחק המקסימום מתקבל מנוסחת שיעור ה-$x$ של קודקוד הפרבולה $x=-\frac{b}{2a}$. עבור $f$: $a=-2,b=8$, כך ש-$x=-\frac{8}{2\cdot(-2)}=2$. עבור $g$: $a=-1,b=8$, כך ש-$x=-\frac{8}{2\cdot(-1)}=4$. מכיוון ש-$2<4$, הכדור לפי $f$ מגיע לגובה המקסימלי שלו במרחק אופקי קטן יותר. (בנוסף, $f(2)=11$ בעוד $g(4)=19$, כך שהגובה המקסימלי של $f$ דווקא קטן יותר — כך שהטענה השלישית שגויה.)
2. x < −1 — הפונקציה מתאפסת ב-$x = -1$. השיפוע −2 שלילי, ולכן הפונקציה יורדת וחיובית משמאל לנקודת האפס. תחום החיוביות: x < −1.
3. 450 ק"מ — במהירות קבועה המרחק הוא פונקציה קווית: מרחק $=$ מהירות $\times$ זמן $= 90 \times 5 = 450$ ק"מ. השיפוע של הגרף הוא המהירות.
4. $(-4, -16)$ — שיעור ה-x של הקודקוד: $x = -\frac{b}{2a} = -\frac{8}{2 \cdot 1} = -4$. נציב למציאת $y: y = 1 \cdot (-4)^{2} + 8 \cdot (-4) + 0 = -16$. הקודקוד: $(-4, -16)$.
5. 240 ק"מ — במהירות קבועה המרחק הוא פונקציה קווית: מרחק $=$ מהירות $\times$ זמן $= 60 \times 4 = 240$ ק"מ. השיפוע של הגרף הוא המהירות.
6. $x = 5$ — ציר הסימטריה של פרבולה הוא הישר $x = -\frac{b}{2a} = -\frac{-10}{2 \cdot 1} = 5$.
7. 21 מטרים — מציבים $t=2$: $h(2)=-5\cdot2^2+20\cdot2+1=-5\cdot4+40+1=-20+40+1=21$.
8. −6 — שיפוע $= \frac{y_{2} - y_{1}}{x_{2} - x_{1}} = \frac{6 - -6}{-5 - -3} = 12 / -2 = -6$.
9. 18 מטרים — ערך ה-$t$ של הקודקוד: $t=-\dfrac{16}{2\cdot(-4)}=2$. הגובה המקסימלי: $h(2)=-4\cdot2^2+16\cdot2+2=-16+32+2=18$.
10. $(-3, -10)$ — נציב $x = -3: y = 2 \cdot (-3) + -4 = -10$. לכן הנקודה $(-3, -10)$ נמצאת על הישר.
11. $x = -6 , x = 6$ — מציבים $y = 0$ ופותרים $x^{2} - 36 = 0$. פירוק לגורמים: $(x - 6)(x - -6) = 0$, ומכאן $x = -6$ או $x = 6$.
12. 1 ו-5 שניות — מציבים $f(t)=25$: $-5t^2+30t=25$, כלומר $-5t^2+30t-25=0$. מחלקים ב-$-5$: $t^2-6t+5=0$, ומפרקים: $(t-1)(t-5)=0$, ולכן $t=1$ או $t=5$. שני הזמנים תקפים (תחום התנועה $t\in[0,6]$, שכן $f(t)=0$ ב-$t=0$ וב-$t=6$): האבן נמצאת בגובה 25 מטרים פעם אחת בעלייה (לאחר שנייה) ופעם אחת בירידה (לאחר 5 שניות).
13. כלפי מעלה (יש מינימום) — כיוון הפתיחה נקבע לפי סימן a. כאן $a = 1$ חיובי, ולכן הפרבולה נפתחת כלפי מעלה ויש לה מינימום.
14. 33 — נציב $x = 3: f(3) = 3 \cdot (3)^{2} + 2 \cdot (3) + 0 = 27 + 6 + 0 = 33$.
15. $(0, 9)$ — חיתוך עם ציר ה-y כאשר $x = 0: y = -1 \cdot 0 + 4 \cdot 0 + 9 = 9$. הנקודה: $(0, 9)$.
16. $(2, 2)$ — משווים: $1x + 0 = -1x + 4$. מכאן $2x = 4$, אז $x = 2$. נציב: $y = 1 \cdot (2) + 0 = 2$. נקודת החיתוך: $(2, 2)$.
17. $x = -1$ — ציר הסימטריה של פרבולה הוא הישר $x = -\frac{b}{2a} = -\frac{4}{2 \cdot 2} = -1$.
18. −6 — נציב $x = -2: f(-2) = -2 \cdot (-2)^{2} + 1 \cdot (-2) + 4 = -8 + -2 + 4 = -6$.
19. 4 — ישרים מקבילים בעלי שיפוע זהה. שיפוע הישר הנתון הוא 4, לכן גם שיפוע הישר המקביל הוא 4.
20. $(-2, 5)$ — שיעור ה-x של הקודקוד: $x = -\frac{b}{2a} = -\frac{-4}{2 \cdot -1} = -2$. נציב למציאת $y: y = -1 \cdot (-2)^{2} + -4 \cdot (-2) + 1 = 5$. הקודקוד: $(-2, 5)$.
21. $x = 0 , x = 2$ — מציבים $y = 0$ ופותרים $x^{2} - 2x = 0$. פירוק לגורמים: $(x - 0)(x - 2) = 0$, ומכאן $x = 0$ או $x = 2$.
22. 4 — נציב $x = -1: f(-1) = 1 \cdot (-1)^{2} + -3 \cdot (-1) + 0 = 1 + 3 + 0 = 4$.
23. $y = -x + 4$ — משוואת ישר: $y = mx + b$. נציב $m = -1$ ואת הנקודה: $5 = -1 \cdot (-1) + b$, ומכאן $b = 4$. לכן המשוואה: $y = -x + 4$.
24. כלפי מטה (יש מקסימום) — כיוון הפתיחה נקבע לפי סימן a. כאן $a = -2$ שלילי, ולכן הפרבולה נפתחת כלפי מטה ויש לה מקסימום.
25. שיפוע 2, חיתוך עם y ב-−1 — במשוואה $y = mx + b$, השיפוע הוא $m = 2$ והחיתוך עם ציר ה-y הוא $b = -1$.
26. 1 — נציב $x = 0: f(0) = 2 \cdot (0)^{2} + 1 \cdot (0) + 1 = 0 + 0 + 1 = 1$.
27. הרווח המקסימלי לפי המודל $g$ קטן מהרווח המקסימלי לפי המודל $f$ — עבור $f$: קודקוד ב-$x=-\frac{10}{2\cdot(-1)}=5$, ו-$f(5)=-25+50-9=16$. עבור $g$: קודקוד ב-$x=-\frac{10}{2\cdot(-2)}=2.5$, ו-$g(2.5)=-2(6.25)+25-9=-12.5+25-9=3.5$. מכיוון ש-$16>3.5$, הרווח המקסימלי לפי $g$ (עם המקדם הראשי השלילי יותר, $a=-2$) קטן משמעותית מזה של $f$ — מקדם ראשי 'תלול' יותר מייצר פרבולה צרה יותר עם קודקוד נמוך יותר בהינתן אותם $b,c$.
28. $(-2, -9)$ — נציב $x = -2: y = 3 \cdot (-2) + -3 = -9$. לכן הנקודה $(-2, -9)$ נמצאת על הישר.
29. $(0, 0)$ — שיעור ה-x של הקודקוד: $x = -\frac{b}{2a} = -\frac{0}{2 \cdot -2} = 0$. נציב למציאת $y: y = -2 \cdot (0)^{2} + 0 \cdot (0) + 0 = 0$. הקודקוד: $(0, 0)$.
30. $(0, -2)$ — משווים: $1x + -2 = -2x + -2$. מכאן $3x = 0$, אז $x = 0$. נציב: $y = 1 \cdot (0) + -2 = -2$. נקודת החיתוך: $(0, -2)$.
31. לאחר 6 מטרים — נקודות החיתוך עם ציר $x$ מתקבלות מהצבת $f(x)=0$: $-x^2+6x=0$, כלומר $-x(x-6)=0$, ולכן $x=0$ או $x=6$. הפתרון $x=0$ מייצג את נקודת הבעיטה עצמה (תחילת התנועה) ואינו רלוונטי לשאלת הנחיתה. הפתרון $x=6$ הוא נקודת החיתוך השנייה, המייצגת את המרחק שבו הכדור נוגע שוב בקרקע — כלומר, הכדור נוחת לאחר 6 מטרים.
32. $x = -3$ — ציר הסימטריה של פרבולה הוא הישר $x = -\frac{b}{2a} = -\frac{-6}{2 \cdot -1} = -3$.
33. 240 ק"מ — במהירות קבועה המרחק הוא פונקציה קווית: מרחק $=$ מהירות $\times$ זמן $= 80 \times 3 = 240$ ק"מ. השיפוע של הגרף הוא המהירות.
34. 0 — נציב $x = -1: f(-1) = 1 \cdot (-1)^{2} + -2 \cdot (-1) + -3 = 1 + 2 + -3 = 0$.
35. $(-4, 3)$ — משווים: $-2x + -5 = -1x + -1$. מכאן $-1x = 4$, אז $x = -4$. נציב: $y = -2 \cdot (-4) + -5 = 3$. נקודת החיתוך: $(-4, 3)$.