حل أسئلة امتحان الرياضيات
السؤال 1:
أ- ليكن Z = -1 + √3 i. جد الصيغة القطبية للعدد Z ثم مثل العدد Z و Z بشكل أرجاند.ب- ليكن القطع الناقص الذي مركزه في نقطة الأصل، بؤرتاه هما F1 = (4,0) و F2 = (-4,0)، والنقطة M تنتمي إلى محيط القطع الناقص بحيث QM = 24. أوجد طول المحور الأكبر.
الحل:
الفقرة A:
- |Z| = √((-1)² + (√3)²) = √(1+3) = 2
- arg(Z) = tan-1(√3 / -1) = tan-1(-√3) = 120° = 2π/3
- إذن: Z = 2 (cos(2π/3) + i sin(2π/3))
- أما Z فيكون: 2 (cos(-2π/3) + i sin(-2π/3))
- تمثيلهما على محور أرجاند: النقطة الأولى في الربع الثاني والثانية في الربع الثالث.
الفقرة B:
- البعد بين البؤرتين = 8 ⇒ c = 4
- المعادلة: x²/a² + y²/b² = 1 ، حيث a هو نصف المحور الأكبر
- شرط القطع الناقص: MF1 + MF2 = 2a
- أعطيت المسافة = 24 ⇒ 2a = 24 ⇒ a = 12
- إذن طول المحور الأكبر = 2a = 24
السؤال 2:
أ- يصب ماء بسرعة 5 cm³/s في أسطوانة طولها 20 cm وقطرها 10 cm. جد معدل انخفاض الماء عندما يكون ارتفاعه 15 cm.ب- مستقيم مرسوم على مستوى ويحمل نقطة واحدة من محور y فقط (جد معادلته).
الحل:
الفقرة A:
- V = πr²h , حيث r = 5 cm
- dV/dt = π(25) dh/dt
- 5 = 25π dh/dt ⇒ dh/dt = 5/(25π) = 1/(5π) cm/s
- إذن معدل الارتفاع = 1/(5π)
الفقرة B:
- المستقيم يقطع محور y فقط ⇒ يوازي محور x
- المعادلة: y = k , حيث k عدد ثابت ≠ 0
السؤال 3:
أ- إذا كان f(x) = x² - 4x + k ، جد قيمة k بحيث يكون للمنحنى نقطة تماس مع محور السينات.ب- جد المساحة المحصورة بين f(x) والمستقيم y = -4.
الحل:
الفقرة A:
- من أجل التماس مع المحور x: المميز Δ = 0
- Δ = b² - 4ac = (-4)² - 4(1)(k) = 16 - 4k
- 16 - 4k = 0 ⇒ k = 4
الفقرة B:
- المساحة = ∫ (f(x) - (-4)) dx بين الجذور
- بعد التعويض والتكامل يمكن إيجاد القيمة الدقيقة.
السؤال 4:
أ- f(x) = x² + a/x حيث a ∈ R. برهن أن الدالة لا تمتلك قيم عظمى محلية.ب- سيارة تسير بسرعة v(t) = (50t - 3t²) km/min. جد المسافة بعد 5 دقائق.
الحل:
الفقرة A:
- f′(x) = 2x - a/x²
- f′′(x) = 2 + 2a/x³ > 0 أو < 0
- لكن عند نقاط الانعدام لا يتحقق تغير في الإشارة ⇒ لا يوجد عظمى محلية.
الفقرة B:
- المسافة = ∫ v(t) dt من 0 إلى 5
- ∫ (50t - 3t²) dt = [25t² - t³] من 0 إلى 5 = 25(25) - 125 = 625 - 125 = 500 km
السؤال 5:
أ- تحقق من كون f(x) = 2 sin(x) + cos(2x) دالة زوجية أو فردية.ب- جد التكاملات المحددة التالية.
الحل:
الفقرة A:
- f(-x) = 2 sin(-x) + cos(-2x) = -2 sin(x) + cos(2x)
- f(-x) ≠ f(x) و f(-x) ≠ -f(x) ⇒ ليست زوجية ولا فردية
الفقرة B:
- التكامل الأول: ∫ (√(x - x²) / (4x³)) dx
- التكامل الثاني: ∫ cos(x)/√(sin(x)) dx = 2√(sin(x))
- التكامل الثالث: ∫ (sec³x + e^sinx)/secx dx = ∫ (sec²x + e^sinx cosx) dx = tanx + e^sinx
السؤال 6:
أ- جد عددين صحيحين مجموعهما 75 وحاصل ضرب أحدهما في مربع الآخر أكبر ما يمكن.ب- اكتب العدد المركب Z = (√2 + i√2)⁶ على الصورة الجبرية.
ج- برهن أن المستوى المماس للسطح x² + y² - z² = 0 عند أي نقطة يكون عموديًا على نصف القطر.
الحل:
الفقرة A:
- ليكن العددان x و y ، حيث x+y=75
- نريد تعظيم P = x·y²
- بالتفاضل: P′ = 0 يعطي الحل الأمثل عند y=50, x=25
الفقرة B:
- Z = (√2 + i√2)⁶ = (2√2 (cos(π/4)+i sin(π/4)))⁶
- = (2√2)⁶ (cos(6π/4) + i sin(6π/4))
- = (64·8) (cos(3π/2) + i sin(3π/2)) = 512(0 - i)
- Z = -512 i
الفقرة C:
- المستوى المماس معادلته مشتقة ضمنية: 2x(x - x₀) + 2y(y - y₀) - 2z(z - z₀)=0
- وهذا المستوى عمودي على متجه الموضع (x₀,y₀,z₀)
- إذن المستوى عمودي على نصف القطر.
