Maturità scientifica 2019 simulazione matematica

PROBLEMA 1

Fissati due parametri reali 𝑆>0,𝑘>0, considera la funzione:

\(f_k(x)=\frac{S}{1+e^{-kx}}\), il cui grafico viene indicato con \(\Gamma_k\).
La funzione \(f_k(x)\).  può essere adoperata per studiare la possibile evoluzione nel tempo di una popolazione che abbia capacità di riprodursi, nell’ipotesi in cui la limitatezza delle risorse disponibili causi l’esistenza di una “soglia di sostenibilità” al di sotto della quale la popolazione è costretta a mantenersi.

Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

1. Dimostra che i valori assunti dalla funzione \(f_k(x)\) si mantengono all’interno dell’intervallo aperto delimitato inferiormente dal valore 0 e superiormente dal valore S, dove quest’ultimo rappresenta tale soglia di sostenibilità.  Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

2. Osservando \(\Gamma_k\), individua la trasformazione geometrica da applicare a \(\Gamma_k\) per farlo diventare il grafico di una funzione dispari, e determina l’espressione analitica di tale funzione.  Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

3. Individua graficamente o analiticamente il valore della x corrispondente alla massima velocità di crescita di una popolazione secondo il modello rappresentato dalla funzione \(f_k(x)\); determina quindi, in funzione dei parametri S e k, il valore di tale velocità massima.  Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Dovendo effettuare lo studio di una coltura batterica in un ambiente a risorse limitate, puoi pensare, al fine di semplificare i calcoli, di approssimare la funzione \(f_k(x)\) con una funzione come \(g_k(x)\), il cui grafico è riportato nella figura seguente:

Maturità scientifica 2019 simulazione matematica

Il valore di \(g_k(x)\) passa da 0 a S con una rampa lineare, di pendenza pari alla pendenza di \(\Gamma_k\)nel punto di ascissa 0.

4. Determina, in funzione dei parametri S e k, l’espressione analitica della funzione \(g_k(x)\).  Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

5. Illustra il procedimento che adotteresti per valutare la accettabilità dell’approssimazione di \(f_k(x)\) fornita da \(g_k(x)\).  Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

6. All’aumentare di k, tale approssimazione diventa migliore? Motiva la tua risposta.  Soluzione Problema 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 


PROBLEMA 2

Il tuo liceo, nell’ambito dell’alternanza scuola lavoro, ha organizzato per gli studenti del quinto anno un’attività presso lo stabilimento ICE EXPRESS sito nella tua regione. All’arrivo siete stati divisi in vari gruppi. Il tuo, dopo aver visitato lo stabilimento e i laboratori, partecipa ad una riunione legata ai processi di produzione.

Un cliente ha richiesto una fornitura di blocchi di ghiaccio a forma di parallelepipedo a base quadrata, di volume 10 \(dm^3\), che abbiano il minimo scambio termico con l’ambiente esterno, in modo da resistere più a lungo possibile prima di liquefarsi.

Al tuo gruppo viene richiesto di determinare le caratteristiche geometriche dei blocchi da produrre, sapendo che gli scambi termici tra questi e l’ambiente avvengono attraverso la superficie dei blocchi stessi.

Soluzione Problema 2 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

1.  Determina il valore del lato b della base quadrata che consente di minimizzare lo scambio termico e il corrispondente valore dell’altezza h, tenendo presente la necessità che il volume sia \(dm^3\).  Soluzione Problema 2 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Il blocco di ghiaccio al termine del processo produttivo si trova alla temperatura di -18°C. Esso viene posto su un nastro trasportatore che lo porta a un camion frigorifero, attraversando per due minuti un ambiente che viene mantenuto alla temperatura di 10°C; esso pertanto tende a riscaldarsi, con velocità progressivamente decrescente, in funzione della differenza di temperatura rispetto all’ambiente, e inizia a fondere se lungo il percorso raggiunge la temperatura di 0°C.

2.  Scegli, motivando la tua scelta, quale delle seguenti funzioni è più idonea per rappresentare il processo di riscaldamento prima dell’inizio della liquefazione (\(T_a \)= temperatura ambiente, \(T_g \)= temperatura del ghiaccio all’istante \(t = 0\) , \(T(t) = \) temperatura del ghiaccio all’istante t, dove t è il tempo trascorso dall’inizio del riscaldamento, in minuti):\[𝑇(𝑡)=(𝑇_𝑎−𝑇_𝑔) \cdot 𝑒^{−𝐾𝑡} \]  \[𝑇(𝑡)=(𝑇_𝑎−𝑇_𝑔) \cdot (1−𝑒^{−𝐾𝑡})+𝑇_𝑔 \]  \[𝑇(𝑡)=(𝑇_𝑎−𝑇_𝑔)\cdot 𝑒^{𝐾𝑡}−𝑇_𝑎\]
e determina il valore che deve avere il parametro K perché il blocco di ghiaccio non inizi a fondere durante il percorso verso il camion frigorifero  Soluzione Problema 2 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

3.  Poiché il parametro K varia in funzione di diversi fattori produttivi, c’è un’incertezza del 10% sul suo effettivo valore. Ritieni che questo determini una incertezza del 10% anche sul valore della temperatura T del blocco di ghiaccio all’istante in cui raggiunge il camion frigorifero? Motiva la tua risposta, in modo qualitativo o quantitativo.   Soluzione Problema 2 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

L’azienda solitamente adopera, per contenere l’acqua necessaria a produrre un singolo blocco di ghiaccio, un recipiente cilindrico, con raggio della base eguale a 1,5 dm, e altezza eguale a 2 dm.

4.  Sapendo che nel passaggio da acqua a ghiaccio il volume aumenta del 9,05%, stabilisci se il suddetto recipiente è in grado di contenere l’acqua necessaria a produrre il blocco richiesto e, in tal caso, a quale altezza dal fondo del recipiente arriverà l’acqua.  Soluzione Problema 2 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

QUESTIONARIO

1)  In figura è riportato il grafico della funzione \(𝑓′(𝑥)\), derivata della funzione \(𝑓(𝑥)\). Il grafico presenta un asintoto verticale per \(𝑥=0\). Supponendo che la funzione \(𝑓\) sia definita in ℝ, descrivi la derivabilità della funzione nel punto di ascissa nulla e fornisci un grafico probabile della funzione in un intorno di zero.

Maturità Scientifica 2019 Soluzione Simulazione Matematica

Soluzione Quesito 1 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Quesito 2  Individua il valore di k per cui la tangente nell’origine al grafico della funzione

\[f(x)=\frac{x}{x-k}\]

forma un angolo di 𝜋/6 radianti con l’asse delle ascisse.

Soluzione Quesito 2 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Quesito 3 Risolvi esclusivamente per via grafica la disequazione:
|𝑥 − 2| > |𝑥 − 6|

Soluzione Quesito 3 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Quesito 4  Il cerchio di raggio R centrato nel vertice in basso a sinistra del quadrato in figura ne ricopre
metà della superficie; il cerchio di raggio r centrato nel centro del quadrato ne occupa metà
della superficie. Sapendo che i quadrati sono equivalenti, determina il rapporto R/r.

Maturità Scientifica 2019 Soluzione Simulazione Matematica

Soluzione Quesito 4 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Quesito 5  Presi due punti \(𝐴(𝑎,𝑎^2)\) e \(𝐵(𝑏,𝑏^2)\) sulla parabola \(𝑦=𝑥^2\) , traccia la retta \(OC\), parallela alla retta \(AB\) e passante per l’origine e per il punto \(𝐶(𝑐,𝑐^2)\).

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Dimostra che 𝑎+𝑏=𝑐.
Traccia un’altra parallela \(DE\), passante per due punti D ed E appartenenti alla parabola, e mostra che i punti medi delle tre parallele giacciono su una retta.

Soluzione Quesito 5 – Simulazione prova di Matematica – dicembre  2018 

Quesito 6  Il grafico della funzione polinomiale cubica \(𝑦=𝑓(𝑥)\) intercetta l’asse x nei punti di ascissa 10, 100 e 1000. È sufficiente questa informazione per individuare le coordinate del punto di flesso? Se sì, determinale. Se no, spiega per quale motivo.

Soluzione Quesito 6 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Quesito 7  Una sfera, il cui centro è il punto 𝐾(1,0,1), è tangente al piano Π avente equazione \(𝑥−2𝑦+𝑧+1=0\). Qual è il punto di tangenza? Qual è il raggio della sfera?

Soluzione Quesito 7 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

Quesito 8  Se si lancia una moneta 2 volte, la probabilità di ottenere una testa e una croce (in qualsiasi ordine) è pari al 50%. Se la moneta viene lanciata 4 volte, la probabilità di ottenere due teste e due croci, in qualsiasi ordine, è ancora pari al 50%? Motiva la tua risposta.

Soluzione Quesito 8 – Simulazione prova di Matematica – dicembre 2018 

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