Cím: Megoldásvázlatok a 2015/2. sz. emelt szintű gyakorló feladataihoz
Szerző(k):  Lorántfy László 
Füzet: 2015/március, 132 - 138. oldal  PDF  |  MathML 

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

I. rész
 

 
1. Számítsuk ki az A kifejezés pontos értékét:
A=(4-234+23+5-265+26)-2(14-12-96)2(222015)-1.
 (11 pont)

 
Megoldás.
4-234+23=2-32+3=(2-3)24-3=(2-3)2,5-265+26=(5-26)225-24=(5-26)2.

A=(2-3+5-26)-222(7-3-26)2201522==(7-3-26)-2(7-3-26)22015=2015.

 
2. Egy sakkversenyen mindenki mindenkivel egy mérkőzést játszik. Eddig 25 játszmát fejeztek be, és mindenkinek még hátravan 4 játszmája. Hány sakkozó vesz részt a versenyen?  (12 pont)
 
Megoldás. Legyen a részvevők száma n, így mindenki n-1 mérkőzést játszik. Ha minden sakkozónak még 4 mérkőzése van hátra, akkor eddig mindenki n-1-4=n-5 mérkőzést játszott. Ez összesen n(n-5)2 mérkőzés. Tehát az n(n-5)2=25 egyenletet kell megoldanunk. Az n2-5n-50=0 másodfokú egyenlet pozitív megoldása n=10. Tehát 10 sakkozó vesz részt a versenyen.
 
3. Oldjuk meg az alábbi egyenletet a valós számok halmazán:
625x-81x375x+135x=215.
 (14 pont)

 
Megoldás. A hatványalapokat bontsuk prímtényezők szorzatára, ezután az egyenlet:
(5x)4-(3x)4(5x)33x+(3x)35x=215.
Vezessük be az a=5x és b=3x új változókat, ekkor
a4-b4a3b+b3a=215.
Szorzattá alakítva a számlálót és a nevezőt, majd egyszerűsítve (a2+b20):
(a2-b2)(a2+b2)ab(a2+b2)=215,a2-b2ab=215,ab-ba=215.
Az y=ab=(53)x új változót bevezetve: y-1y=215, 15y-nal (y0) beszorozva a 15y2-2y-15=0 másodfokú egyenletet kapjuk.
Az egyenlet megoldásai: y1=-315 és y2=53. Az első, negatív megoldás nem lehet pozitív szám hatványa, így a második megoldásból kapjuk az eredeti egyenlet egyetlen megoldását: (53)x=(53)12. Mivel az x(53)x függvény szigorúan monoton függvény, ezért ebből x=12 következik.
 
4. Egy egyenlő szárú háromszög súlypontja illeszkedik a háromszög beírható körére. Mekkorák a háromszög szögei? Bizonyítsuk be, hogy a beírt kör szárakon lévő két érintési pontja és a szárak közös végpontja három egyenlő részre osztja a háromszög kerületét.  (14 pont)
 
Megoldás. Az S pont illeszkedik az alaphoz tartozó magasságra és a beírt körre. Mivel a súlypont harmadolja a súlyvonalat, így a magasság harmada egyenlő a kör átmérőjével: m3=2r vagyis m=6r.

 
 

Az AOT derékszögű háromszögben OT=r és OA=m-r=5r, vagyis sinα2=r5r=0,2, amiből α23,7, és innen β78,46.
A szimmetria és az érintőszakaszok egyenlősége miatt AT=AU=x, BT=BR=CR=CU=a2.
A feladat második részének bizonyításához írjuk fel a háromszög területét kétféleképpen:
TABC=am2=a6r2=3ar,
másrészt
TABC=2TATO+4TBRO=2xr2+4ar4=xr+ar.
A kettőt egyenlővé téve kapjuk, hogy 3ar=xr+ar, vagyis 2ar=xr, amiből következik, hogy 2a=x.
A háromszög kerülete:
KABC=2x+4a2=2x+2a=3x.
Mivel AT=AU=x, az A, T és U pontok valóban harmadolják a háromszög kerületét.
 

II. rész
 

 
5. Vizsgáljuk meg az alábbi egyenlet megoldhatóságát az m paraméter függvényében:
tg2x+ctg2x+2sin2x+2cos2x+3m2=4m(tgx+ctgx).
 (16 pont)

 
Megoldás. Ismeretes, hogy a0 esetén a+1a2, hasonlóan a0 esetén a+1a-2.
Vezessük be az y=tgx+ctgx új változót, ekkor y-2 vagy 2y, valamint
tg2x+ctg2x+2sin2x+2cos2x=tg2x+ctg2x+2=(tgx+ctgx)2=y2.
Az egyenletünk az új változóval: y2+3m2=4my, rendezve y2-4my+3m2=0. Az egyenlet diszkriminánsa: D=16m2-12m2=4m2, így D0. A megoldóképletet alkalmazva a két megoldás:
y1,2=4m±16m2-12m22=2m±|m|,
ahonnan y1=m és y2=3m.
Nincs megoldása az egyenletnek, ha m=0, mert y=0 lenne.
Ha 0<m és 3m<2, vagyis m<23, akkor nem lesz megoldás.
Hasonlóan, m<0 és -2<3m, azaz -23<m esetén szintén nem lesz megoldás.
Tehát nincs megoldása az egyenletnek, ha -23<m<23.
Egy megoldást kapunk y-ra, ha 0<m<2 és 23m, vagyis 23m<2, vagy ha -2<m<0 és 3m-2, vagyis -2<m-23.
Ilyenkor az eredeti egyenlet megoldásait a
tgx+1tgx=3m,azaz atg2x-3mtgx+1=0
egyenlet megoldásával kapjuk. Az egyenlet diszkriminánsa D=9m2-40, amiből |m|23, ami az m-re adott fenti feltételek esetén teljesül.
Ha m-2 vagy 2m, akkor mindkét y-ra kapott értéket visszahelyettesíthetjük, és a megoldásokat a tg2x-3mtgx+1=0 és a tg2x-mtgx+1=0 egyenletek gyökei adják. Az egyenletek diszkriminánsát megvizsgálva, az |m|23 és |m|2 feltételeket kapjuk a megoldhatóságra, melyek az m-re adott fenti feltételek esetén teljesülnek.
 
6. A teafűből a forró vízben a kellemes ízeket adó anyagok gyorsabban kioldódnak, mint a káros csersavak. Előfordul, hogy a teafüvet véletlenül hosszabb ideig hagyjuk a vízben, mint szükséges lenne, ilyenkor a csersavaktól keserű lesz a tea. Az időt percekben mérve, a t[0,30] intervallumon közelítsük a percenként kioldódó csersav mennyiségét a v(t)=-t3+25t2+150t függvénnyel. Hány százalékkal több csersav oldódik ki a teafűből, ha a szükséges 5 perc helyett 10 vagy 15 percig benne felejtjük a filtert a vízben?  (16 pont)
 
Megoldás. Számoljuk ki az 5 perc alatt kioldódó A mennyiséget:
A=05-t3+25t2+150tdt=[-t44+25t33+150t22]05-156,25+1041,7+1875=2760,45.
A 10 perc alatt kioldódó B mennyiség:
B=010-t3+25t2+150tdt=[-t44+25t33+150t22]010-2500+8333,3+7500=13333,3.
A 15 perc alatt kioldódó C mennyiség:
C=015-t3+25t2+150tdt=[-t44+25t33+150t22]015-12656,25+28125+16875=32343,75.
Ha 10 percre felejtjük a vízben a teafüvet, akkor
B-AA=13333,3-2760,452760,453,83=383%-kal
több, ha pedig 15 percig, akkor
C-AA=32343,75-2760,452760,4510,72=1072%-kal
több csersav oldódik ki, mintha betartottuk volna az 5 percet.
 
7. Egyik lapjára állított 18 cm élhosszúságú kockából kiindulva bonbonos dobozt tervezünk. Az alap és fedőlap oldalfelező pontjait összekötjük a szemközti lap közelebbi csúcsaival, az ábrának megfelelően. A keletkező háromszög alapú gúlákat elhagyjuk a kockából. Az így létrejött testet, a bonbonos dobozt, papírból fogjuk elkészíteni, 30% ragasztási felület, illetve hulladék ráhagyásával. Mennyi papírra lesz szükségünk? Mekkora lesz a doboz térfogata? Mekkora szöget zárnak be a trapéz alakú lapok egymással?  (16 pont)
 
Megoldás. Vizsgáljuk meg az egyik elhagyott háromszög alapú gúlát, AKLE-t, ennek térfogata: V=991823=243cm3. A PQRE gúla hozzá hasonló, a hasonlóság aránya λ=12, a térfogatuk aránya λ3=18, így az AKLPQR háromszög alapú csonka gúla térfogata
V1=78V=17018.
Nyolc darab ilyen csonkagúlát vágunk ki a kockából, így a doboz térfogata
VD=183-817018=4131cm3.


 
 

A doboz felszíne két négyzetből, nyolc egyenlő szárú trapézból és nyolc egyenlő szárú háromszögből áll.
A négyzet területe: TN=(92)2=162cm2.
A trapéz alapjai: 92 és 922, szárai
s=92+(92)2=952,
magassága:
m=(952)2-(924)2=2724.
Így a trapéz területe:
TT=92+92222724=7298cm2.
A háromszög területe:
TH=992=812cm2.
A doboz felszíne:
A=2TN+8TT+8TH=2162+87298+8812=324+729+324=1377cm2.
Tehát a ráhagyással együtt 1377cm21,3=1790,1cm2 papír szükséges a doboz elkészítéséhez.
A KL szakasz felezőpontja legyen az M pont, AM=AK2=92. Az α=AME a trapéz alakú oldal alaplappal bezárt szöge:
tgα=AEAM=1829=22,amibőlα70,53.

A két trapéz alakú oldallap szöge ennek a szögnek a duplája: 2α141,06.
 
8. Mekkora szögben látszik az alábbi körök közös húrja az origóból?
x2+y2+4x-2y-20=0,x2+y2-8x-8y+22=0.
 (16 pont)

 
Megoldás. Teljes négyzetté alakítás után:
(x+2)2+(y-1)2=25és(x-4)2+(y-4)2=10.

Ebből leolvasható a két kör középpontja és sugara: K1(-2;1), r1=5, K2(4;4), r2=10.
A két kör egyenletét kivonva egymásból a 12x+6y=42 egyenletet kapjuk, amiből y=-2x+7 következik. Ez a húr egyenesének egyenlete. Ezt visszahelyettesítve az első kör egyenletébe az (x+2)2+(-2x+6)2=25 másodfokú egyenletet kapjuk. Ennek a megoldásai x1=3, x2=1. Ezeket visszahelyettesítve az egyenes egyenletébe kapjuk, hogy y1=1, y2=5. Tehát a közös húr végpontjainak koordinátái A(1;5) és B(3;1).
Az OA és OB vektorok szögét kell megadnunk:
OAOB=|OA||OB|cosγ=2610cosγ.
Másrészt a koordinátákból: OAOB=3+5=8. Ezekből cosγ=82600,4961, amiből γ60,26.
 
9. A zöldséges 1 hetes, 2 hetes és 3 hetes narancsokat árul. Annak a valószínűsége, hogy egy 1 hetes narancs romlott, 0,01. Ez a valószínűség a tapasztalatok szerint hetente megduplázódik. A zöldségesnél jelenleg 25 kg 1 hetes, 17 kg 2 hetes és 6 kg 3 hetes narancs van. A narancsok tömege egyformának tekinthető, 5 db 1 kg. Egyik reggel a pakoláskor összekeveredtek a narancsok.
a) Mekkora annak a valószínűsége, hogy egy véletlenszerűen kiválasztott narancs romlott?
b) Véletlenszerűen kiválasztottunk egy narancsot, ami jó. Mekkora a valószínűsége, hogy 3 hetes?
c) Vettünk 40 dkg narancsot. Mekkora a valószínűsége, hogy mind jó? És annak, hogy a fele romlott?  (16 pont)

 
Megoldás. Jelölje A, B, illetve C rendre azt az eseményt, hogy egy véletlenszerűen kiválasztott narancs 1 hetes, 2 hetes, illetve 3 hetes; R pedig azt az eseményt, hogy egy narancs romlott. Az A, B és C események teljes eseményrendszert alkotnak.
Adott, hogy P(R|A)=0,01, P(R|B)=0,02, P(R|C)=0,04. Mivel 5 darab narancs 1 kg, ezért 1 hetes narancsból 125, 2 hetesből 85, míg 3 hetesből 30 darab van, ez összesen 240 db narancs. Így a következőket tudjuk még:
P(A)=125240,P(B)=85240ésP(C)=30240.

a) A teljes valószínűség tételét használva:
P(R)=P(A)P(R|A)+P(B)(P(R|B)+P(C)P(R|C)==1252400,01+852400,02+302400,040,0173.

b)
P(C|R¯)=P(CR¯)P(R¯)=P(C)P(R¯|C)P(R¯)=P(C)(1-P(R|C))1-P(R)==30240(1-0,04)1-0,01730,1221.

c) Felhasználjuk, hogy P(R¯|A)=1-P(R|A)=0,99, P(R¯|B)=1-P(R|B)=0,98 és P(R¯|C)=1-P(R|C)=0,96.
A két narancs kiválasztására a következő lehetőségek vannak: mindkettő 1 hetes; mindkettő 2 hetes; mindkettő 3 hetes; egyik 1, másik 2 hetes; egyik 1, másik 3 hetes; egyik 2, másik 3 hetes.
P(mindkét narancs jó)==(1252)(2402)P(R¯A)2+(852)(2402)P(R¯B)2+(302)(2402)P(R¯C)2++12585(2402)P(R¯A)P(R¯B)+12530(2402)P(R¯A)P(R¯C)++8530(2402)P(R¯B)P(R¯C)==1240239(1251240,992+85840,982+30290,962)++1240239(2125850,990,98+2125300,990,96+285300,980,96)==55393,4282402390,9657.

A másik kérdésre a választ hasonló gondolatmenettel kapjuk meg:
P(a fele narancs jó)==(1252)(2402)0,990,01+(852)(2402)0,980,02+(302)(2402)0,960,04++12585(2402)(0,990,02+0,010,98)+12530(2402)(0,990,04+0,010,96)++8530(2402)(0,980,04+0,020,96)==1622,6422402390,0283.