Soru 666

Yukarıdaki parabole ait taralı bölgenin alanı nasıl hesaplanır?

Soru:
Yukarıdaki parabol, y = -x^2 + 2x + 3 denklemine aittir. Verilen denklem için parabolün x ekseni ile kesiştiği noktalar arasındaki taralı bölgenin alanını bulunuz.


Adım Adım Çözüm

1. Parabolün x Ekseni ile Kesiştiği Noktaları Bulma

Parabol x ekseninde kesiştiği noktalarda y = 0 olur. Bundan dolayı parabolün denklemini sıfıra eşitleyerek kökler bulunur:

$
-y^2 + 2x + 3 = x^2 = 1
$
Tekrar yazayım.
Bu matematikte sorunuz hakkında ihtiyacınız olan gibi yazabilirim. Ankette tam olarak etki yerine doğru çalış gelir yardımcı olabilirsiz.

Yukarıdaki parabolün altında kalan taralı bölgenin alanı kaç birimkaredir?

Cevap: Aşağıda detaylı bir şekilde adım adım hesaplayacağız.


İçindekiler

  1. Parabolün Genel İncelemesi
  2. Köklerin (Sıfır Noktalarının) Bulunması
  3. Alan Hesabı İçin İntegral Yaklaşımı
  4. Adım Adım Çözüm Tablosu
  5. Sonuç ve Özet

1. Parabolün Genel İncelemesi

Soruya göre fonksiyonumuz:
$
y = -x^2 + 2x + 3
$
Bu, tepe noktası yukarıda olan, aşağı doğru açılan bir parabolü temsil eder. Parabolün x-eksenini kestiği noktalar, altında oluşan taralı bölgenin sınırlarını belirlemede kritik rol oynar.

2. Köklerin (Sıfır Noktalarının) Bulunması

Parabolün x-eksenini kestiği noktaları bulmak için
$
-y = 0 \Rightarrow -x^2 + 2x + 3 = 0
$
eşitliğini çözeriz. Denklem basitçe şu şekle dönüştürülür:
$
-x^2 + 2x + 3 = 0 \quad \Longleftrightarrow \quad x^2 - 2x - 3 = 0
$

Bu ikinci dereceden denklemi ya formülle (karekoklu) ya da çarpanlara ayırma yöntemiyle çözeriz. Çarpanlara ayırma:
$
(x - 3)(x + 1) = 0
$
Dolayısıyla kökler (sıfır noktaları) şu şekildedir:
• x = 3
• x = -1

Bu sonuçlar, parabolün x-eksenini -1 ve 3 noktalarında kestiğini göstermektedir.

3. Alan Hesabı İçin İntegral Yaklaşımı

Parabolün x-ekseninin altında kalan alanı bulmak için, (-1) ile (3) aralığında
$
\displaystyle \int_{-1}^{3} \Bigl(-x^2 + 2x + 3\Bigr),dx
$
integralini hesaplamamız gerekir.

3.1. İntegralin Adım Adım Hesabı

  1. Önce fonksiyonun antiderivatifini (ilkel fonksiyon) bulalım:

    $
    \begin{aligned}
    \int \bigl(-x^2 + 2x + 3\bigr),dx
    &= \int -x^2,dx + \int 2x,dx + \int 3,dx \
    &= -\frac{x^3}{3} + x^2 + 3x + C
    \end{aligned}
    $

  2. Şimdi, -1 ve 3 sınırlarını bu antiderivatifte yerine koyalım:
    $
    \Bigl[-\frac{x^3}{3} + x^2 + 3x\Bigr]_{-1}^{3}
    $

    • Üst sınır (x=3) için:
    $
    -\frac{3^3}{3} + 3^2 + 3\cdot 3
    = -\frac{27}{3} + 9 + 9
    = -9 + 9 + 9
    = 9
    $

    • Alt sınır (x=-1) için:
    $
    -\frac{(-1)^3}{3} + (-1)^2 + 3(-1)
    = -\frac{-1}{3} + 1 - 3
    = \frac{1}{3} + 1 - 3
    = \frac{1}{3} + (1 - 3)
    = \frac{1}{3} - 2
    = -\frac{5}{3}
    $

  3. İntegralin değeri:
    $
    9 - \left(-\frac{5}{3}\right)
    = 9 + \frac{5}{3}
    = \frac{27}{3} + \frac{5}{3}
    = \frac{32}{3}
    $

Dolayısıyla integrale göre parabolün altında ve x-ekseninin üzerinde kalan alan
$
\displaystyle \boxed{\frac{32}{3},\text{(birimkare)}}
$
olarak bulunur (yaklaşık 10,67 birimkare).

4. Adım Adım Çözüm Tablosu

Adım Yapılan İşlem Sonuç / Açıklama
1. Parabol Denklemi y = -x^2 + 2x + 3 Aşağı doğru açılan bir parabol
2. Kökleri Bulma x^2 - 2x - 3=0 \implies (x-3)(x+1)=0 Kökler: x=-1 ve x=3
3. İntegral Kurma \displaystyle \int_{-1}^{3} \bigl(-x^2+2x+3\bigr)\,dx Alanı bulmak için gerekli sınırlar: -1 ve 3
4. İlkel Fonksiyonu Bulma \int \bigl(-x^2+2x+3\bigr)\,dx = -\frac{x^3}{3}+x^2+3x + C İntegral hesaplamasının ön adımı
5. Üst ve Alt Sınırlara Koyma F(3)-F(-1) 9 - \left(-\frac{5}{3}\right)=\frac{32}{3}
6. Nihai Alan Değeri \displaystyle \frac{32}{3} Yaklaşık 10,67 birimkare

5. Sonuç ve Özet

  • Parabolün x=-1 ve x=3 noktaları arasında kalan bölgesinin alanını bulmak için
    $
    \int_{-1}^{3} \bigl(-x^2 + 2x + 3\bigr),dx
    $
    ifadesi hesaplanmıştır.
  • Bulunan sonuç:
    $
    \displaystyle \frac{32}{3},\text{birimkare} \approx 10,67,\text{birimkare.}
    $
  • Bu değer, grafikte gösterilen taralı bölgenin (x-ekseninin üstünde, parabolün altında kalan) alanını temsil etmektedir.

Kısaca özetlemek gerekirse, önce parabolün x-eksenini kestiği noktalar belirlendi, ardından bu noktalar arası integral alınarak istenen bölgenin alanı bulundu. Sonuç 32/3 birimkare olup yaklaşık 10,67 birimkaredir.

@Senol_Diler