Zadanie 31 · 4 pkt · otwarte

Prostopadłościan o największym polu powierzchni

Rozważamy wszystkie prostopadłościany ABCDEFGHABCDEFGH⁠, w których krawędź BCBC ma długość 44 oraz suma długości wszystkich krawędzi wychodzących z wierzchołka BB jest równa 1515 (zobacz rysunek).

Niech P(x)P(x) oznacza funkcję pola powierzchni całkowitej takiego prostopadłościanu w zależności od długości xx krawędzi ABAB⁠.

Wyznacz wzór i dziedzinę funkcji PP⁠. Oblicz długość xx krawędzi ABAB tego z rozważanych prostopadłościanów, którego pole powierzchni całkowitej jest największe. Zapisz obliczenia.

Pokaż odpowiedź i rozwiązanieSpróbuj najpierw sam(a), potem sprawdź.

Rozwiązanie krok po kroku

  1. Suma długości krawędzi wychodzących z wierzchołka BB jest równa 1515⁠, więc wyznaczamy długość krawędzi BFBF⁠.

    x+4+∣BF∣=15  ⇒  ∣BF∣=11−xx + 4 + |BF| = 15 \;\Rightarrow\; |BF| = 11 - x

    Do tego miejsca: 1 pkt

  2. Pole powierzchni całkowitej to podwojona suma pól trzech różnych ścian.

    P(x)=2(4x+x(11−x)+4(11−x))=2(−x2+11x+44)P(x) = 2\big(4x + x(11 - x) + 4(11 - x)\big) = 2\left(-x^2 + 11x + 44\right)

    Do tego miejsca: 2 pkt

  3. Wymnażamy przez 22 i otrzymujemy wzór funkcji PP⁠.

    P(x)=−2x2+22x+88P(x) = -2x^2 + 22x + 88
  4. Krawędzie ABAB i BFBF muszą mieć dodatnią długość.

    x>0  ∧  11−x>0  ⇒  DP=(0,11)x > 0 \;\land\; 11 - x > 0 \;\Rightarrow\; D_P = (0, 11)

    Do tego miejsca: 3 pkt

  5. Ramiona paraboli są skierowane w dół, a pierwsza współrzędna wierzchołka należy do dziedziny, więc tam pole jest największe.

    xw=−222⋅(−2)=112∈(0,11)x_w = \frac{-22}{2 \cdot (-2)} = \frac{11}{2} \in (0, 11)

    Do tego miejsca: 4 pkt

Odpowiedź

P(x)=−2x2+22x+88P(x) = -2x^2 + 22x + 88⁠, DP=(0,11)D_P = (0, 11)⁠; największe pole ma prostopadłościan, w którym x=112x = \frac{11}{2}⁠.

Jak to jest punktowane

Za rozwiązanie jest jeden poziom — najwyższy, który spełnia.

  • 4 pktzastosowanie poprawnej metody i poprawne wyniki, np.P(x)=−2x2+22x+88P(x) = -2x^2 + 22x + 88 oraz D=(0,11)D = (0, 11) oraz x=112x = \frac{11}{2}⁠.
  • 3 pktwyznaczenie poprawnego wzoru na pole powierzchni całkowitej prostopadłościanu ABCDEFGHABCDEFGH w zależności od zmiennej xx oraz wyznaczenie dziedziny DD tej funkcji, np. P(x)=−2x2+22x+88P(x) = -2x^2 + 22x + 88 oraz D=(0,11)D = (0, 11)⁠,ALBO– wyznaczenie poprawnego wzoru na pole powierzchni całkowitej prostopadłościanu ABCDEFGHABCDEFGH w zależności od zmiennej xx (bez wyznaczonej dziedziny funkcji PP⁠) oraz prawidłowe obliczenie pierwszej współrzędnej wierzchołka wykresu funkcji PP⁠, np. P(x)=−2x2+22x+88P(x) = -2x^2 + 22x + 88 oraz x=112x = \frac{11}{2}⁠.
  • 2 pktwyznaczenie poprawnego wzoru na pole powierzchni całkowitej prostopadłościanu ABCDEFGHABCDEFGH w zależności od zmiennej xx (bez wyznaczonej dziedziny funkcji PP⁠), np. P(x)=−2x2+22x+88P(x) = -2x^2 + 22x + 88⁠,ALBO– zapisanie zależności między długościami krawędzi BFBF i ABAB prostopadłościanu oraz wyznaczenie zakresu zmienności xx⁠, np.x+4+∣BF∣=15x + 4 + |BF| = 15 oraz x∈(0,11)x \in (0, 11)⁠.
  • 1 pktzapisanie zależności między długościami krawędzi BFBF i ABAB prostopadłościanu, np.x+4+∣BF∣=15x + 4 + |BF| = 15⁠,ALBO– zapisanie wzoru na pole powierzchni całkowitej prostopadłościanu w zależności od długości xx krawędzi ABAB oraz długości krawędzi BFBF⁠:P=2⋅(4x+x⋅∣BF∣+4⋅∣BF∣)P = 2 \cdot (4x + x \cdot |BF| + 4 \cdot |BF|)⁠,ALBO– wyznaczenie zakresu zmienności xx⁠: x∈(0,11)x \in (0, 11)⁠.

Uwagi z zasad oceniania CKE

  • 1. Jeżeli zdający zapisze jedynie zakres zmienności xx⁠: x∈(0,11)x \in (0, 11) oraz zapisze, że szukaną wartością xx jest liczba 112\frac{11}{2}⁠, to otrzymuje 1 punkt za całe rozwiązanie. Jeżeli zdający zapisze jedynie, że szukaną wartością xx jest liczba 112\frac{11}{2}⁠, to otrzymuje 0 punktów za całe rozwiązanie.
  • 2. Jeżeli zdający nie zapisze pola powierzchni całkowitej prostopadłościanu jako funkcji PP zmiennej xx⁠, a jedynie obliczy wartości pola dla wybranych długości krawędzi i na tej podstawie wskaże największą wartość pola, to za całe rozwiązanie otrzymuje 0 punktów, o ile nie nabył prawa do innej liczby punktów (np. za zapisanie zależności między długościami krawędzi BFBF i ABAB prostopadłościanu: x+4+∣BF∣=15x + 4 + |BF| = 15⁠).
  • 3. Jeżeli zdający przyjmuje, że ściany ABFEABFE oraz BCGFBCGF są przystającymi prostokątami i na tym opiera swoje rozwiązanie, to może otrzymać co najwyżej 2 punkty za całe rozwiązanie (za zapisanie zależności między długościami krawędzi ABAB i BFBF oraz za wyznaczenie dziedziny funkcji).
  • 4. Jeżeli zdający zamiast funkcji P(x)P(x) rozważa w całym rozwiązaniu funkcję postaci 12⋅P(x)\frac{1}{2} \cdot P(x) albo funkcję pola powierzchni całkowitej w zależności od długości krawędzi BFBF⁠, to może otrzymać co najwyżej 3 punkty za całe rozwiązanie (za związek między długościami krawędzi ABAB i BFBF⁠, za wyznaczenie dziedziny funkcji i za poprawne wyznaczenie argumentu, dla którego pole powierzchni całkowitej jest największe).
  • 5. Jeżeli zdający stosuje rachunek różniczkowy i nie uzasadni, że w punkcie będącym miejscem zerowym pochodnej funkcji PP jest największa wartość funkcji PP⁠, to może otrzymać co najwyżej 3 punkty za całe rozwiązanie.Za poprawne uzasadnienie, że w punkcie będącym miejscem zerowym pochodnej funkcji PP jest największa wartość funkcji PP⁠, można uznać sytuację, gdy zdający bada znak pochodnej (np. szkicuje wykres funkcji, która w ten sam sposób jak pochodna zmienia znak, i zaznacza na rysunku, np. znakami „+” i „-”, znak pochodnej), oraz:– opisuje przedziały monotoniczności funkcji PP (słownie lub graficznie – np. przy użyciu strzałek)LUB– zapisuje, że dla wyznaczonego miejsca zerowego pochodnej, funkcja PP ma maksimum lokalne i jest to jednocześnie jej największa wartość,LUB– zapisuje, że dla wyznaczonego miejsca zerowego pochodnej, funkcja PP ma maksimum lokalne i jest to jedyne ekstremum tej funkcji.

Chcesz rozwiązywać to zadanie z podpowiedziami? Zapisz się na listę oczekujących

Źródło: CKE, matura maj 2025, poziom podstawowy, zadanie 31