Aufgabenbeispiele von Tangenten

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Tangente anlegen (einfache Funktionen)

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= 4 sin( x ) +2 an der Stelle x= π :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= 4 sin( x ) +2 ,
also

f'(x)= 4 cos( x ) +0

= 4 cos( x )

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( π )= 4 cos( π )

= 4( -1 )

= -4

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -4 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( π )= 4 sin( π ) +2 = 40 +2 = 0 +2 = 2

Wir erhalten so also den Punkt B( π | 2 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

2 = -4 π + c

2 = -4π + c | + 4π

2 +4π = c

also c= 2 +4π ≈ 14.57

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -4 ⋅x + 2 +4π oder y=-4x +14.57

Tangente anlegen (auch verkettete Fkt'n)

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= 3 cos( -3x + 3 2 π) an der Stelle x= 0 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= 3 cos( -3x + 3 2 π) ,
also

f'(x)= -3 sin( -3x + 3 2 π) · ( -3 +0 )

= -3 sin( -3x + 3 2 π) · ( -3 )

= 9 sin( -3x + 3 2 π)

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( 0 )= 9 sin( -3( 0 ) + 3 2 π)

= 9 sin( 3 2 π)

= 9( -1 )

= -9

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -9 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 0 )= 3 cos( -3( 0 ) + 3 2 π) = 3 cos( 3 2 π) = 30 = 0

Wir erhalten so also den Punkt B( 0 |0) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

0 = -9 0 + c

0 = 0 + c

0 = c

also c=0

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -9 ⋅x +0

e-Funktionen: Tangente anlegen BF

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= -2 x · e x an der Stelle x=0:

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= -2 x · e x ,
also

f'(x)= -2 · 1 · e x -2 x · e x

= -2 e x -2 x · e x

= e x · ( -2 -2x )

= e x · ( -2x -2 )

= ( -2x -2 ) · e x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'(0)= e 0 · ( -20 -2 )

= 1 · ( 0 -2 )

= 1 · ( -2 )

= -2

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -2 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f(0)= -2 · 0 · e 0 = -2 · 0 · 1 = 0

Wir erhalten so also den Punkt B(0|0) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

0 = -2 0 + c

0 = 0 + c

0 = c

also c=0

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -2 ⋅x +0

e-Funktionen: Tangente anlegen

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= ( 3x -6 ) · e x an der Stelle x= 2 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= ( 3x -6 ) · e x ,
also

f'(x)= ( 3 +0 ) · e x + ( 3x -6 ) · e x

= 3 e x + ( 3x -6 ) · e x

= e x · ( 3 +3x -6 )

= e x · ( 3x -3 )

= ( 3x -3 ) · e x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( 2 )= e 2 · ( 32 -3 )

= e 2 · ( 6 -3 )

= e 2 · 3

= 3 e 2

≈ 22.17

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= 3 e 2 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 2 )= ( 32 -6 ) · e 2 = 0 · e 2 = 0

Wir erhalten so also den Punkt B( 2 |0) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

0 = 3 e 2 2 + c

0 = 6 e 2 + c | -6 e 2

-6 e 2 = c

also c= -6 e 2 ≈ -44.33

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= 3 e 2 ⋅x -6 e 2 oder y=22.17x -44.33

Normale anlegen

Beispiel:

Berechne die Gleichung der Normalen an den Graphen von f mit f(x)= x 3 - 4 3 x an der Stelle x= -1 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= x 3 - 4 3 x ,
also

f'(x)= 3 x 2 - 4 3

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( -1 )= 3 ( -1 ) 2 - 4 3

= 31 - 4 3

= 3 - 4 3

= 9 3 - 4 3

= 5 3

≈ 1.67

Um mit der Tangentensteigung die Steigung der darauf senkrecht stehenden Normalen zu berechnen, verwenden wir die Beziehung:

mn= - 1 mt

also mn= - 3 5

Damit wissen wir nun schon, dass die Normale die Gleichung t: y= - 3 5 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( -1 )= ( -1 ) 3 - 4 3 ( -1 ) = ( -1 ) + 4 3 = - 3 3 + 4 3 = 1 3 ≈ 0.33

Wir erhalten so also den Punkt B( -1 | 1 3 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

1 3 = - 3 5 ⋅( -1 ) + c

1 3 = 3 5 + c | - 3 5

- 4 15 = c

also c= - 4 15 ≈ -0.27

Damit erhält man als Geradengleichung für die Normale: y= - 3 5 ⋅x - 4 15 oder y=-0.6x -0.27

Tangente von außen anlegen

Beispiel:

Vom Punkt P(1|-22) aus sollen Tangenten an den Graphen von f mit f(x)= 5 x 2 -4x -3 angelegt werden.
Bestimme alle möglichen Berührpunkte und bestimme (exemplarisch) eine Tangentengleichung an einem dieser Berührpunkte.

Lösung einblenden

Zuerst wird die Ableitung von f berechnet: f'(x)= 10x -4

Wir kennen den Berührpunkt, in dem die gesuchte Tangente durch P(1|-22) an das Schaubild von f angelegt wird, nicht. Deswegen nennen wir den x-Wert u. Der Funktionswert ist dann f(u), da der Berührpunkt ja auf dem Schaubild von f liegt. Außerdem muss die Ableitung in u ja gerade die Tangentensteigung sein, da B(u|f(u)) der Berührpunkt ist.

Wir können also P(1|-22) als (x|y), den Berührpunkt B(u|f(u)) und m=f'(u)= 10u -4 in die allgemeine Tangentengleichung

y=f´(u) ⋅(x-u)+f(u)

einsetzen:

-22 = ( 10u -4 ) · ( 1 - u ) + 5 u 2 -4u -3 | +22

( 10u -4 ) ( 1 - u ) +5 u 2 -4u -3 +22 = 0

-10 u 2 +14u -4 +5 u 2 -4u -3 +22 = 0

-5 u 2 +10u +15 = 0

Die Lösung der Gleichung:

-5 u 2 +10u +15 = 0 |:5

- u 2 +2u +3 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

u1,2 = -2 ± 2 2 -4 · ( -1 ) · 3 2( -1 )

u1,2 = -2 ± 4 +12 -2

u1,2 = -2 ± 16 -2

u1 = -2 + 16 -2 = -2 +4 -2 = 2 -2 = -1

u2 = -2 - 16 -2 = -2 -4 -2 = -6 -2 = 3

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

Um die Gleichung auf die Form "x² + px + q = 0" zu bekommen, müssen wir zuerst die ganze Gleichung durch "-1 " teilen:

- u 2 +2u +3 = 0 |: -1

u 2 -2u -3 = 0

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( -1 ) 2 - ( -3 ) = 1+ 3 = 4

x1,2 = 1 ± 4

x1 = 1 - 2 = -1

x2 = 1 + 2 = 3

L={ -1 ; 3 }


Man hat nun also die x-Werte der Berührpunkte. In diesen müssen nun noch Tangenten an den Graphen von f angelegt werden.


An der Stelle x= -1 :

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= 5 x 2 -4x -3 ,
also

f'(x)= 10x -4 +0

= 10x -4

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( -1 )= 10( -1 ) -4

= -10 -4

= -14

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -14 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( -1 )= 5 ( -1 ) 2 -4( -1 ) -3 = 51 +4 -3 = 5 +4 -3 = 6

Wir erhalten so also den Punkt B( -1 | 6 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

6 = -14 ⋅( -1 ) + c

6 = 14 + c | -14

-8 = c

also c= -8

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -14 ⋅x -8


An der Stelle x= 3 :

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= 5 x 2 -4x -3 ,
also

f'(x)= 10x -4 +0

= 10x -4

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( 3 )= 103 -4

= 30 -4

= 26

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= 26 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 3 )= 5 3 2 -43 -3 = 59 -12 -3 = 45 -12 -3 = 30

Wir erhalten so also den Punkt B( 3 | 30 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

30 = 26 3 + c

30 = 78 + c | -78

-48 = c

also c= -48

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= 26 ⋅x -48

Zusammenfassung:

Es gibt also insgesamt 2 Berührpunkte:

B(-1|6) mit der zugehörigen Tangente: -14x -8

B(3|30) mit der zugehörigen Tangente: 26x -48

Tangente von außen Anwendungen

Beispiel:

Der Querschnitt einer Landschaft kann im Talbereich näherungsweise durch die Funktion f mit f(x)= - x 3 +3,3 x 2 (mit 0 ≤ x ≤ 2,2) beschrieben werden (x und f(x) in 10 Meter). An das Tal schließt sich ein Hochplateau an, das sich im Modell durch die Gleichung der Geraden y = 5,324 (für x ≥ 2,2) beschreiben lässt. Auf dieses Hochplateau möchte man nun einen 10m hohen Aussichtsturm bauen, von dem man zwar den tiefsten Punkt des Tals (im Modell T(0|0)) noch sehen kann, der aber möglichst weit weg vom Abhang steht.
Bestimme den x-Wert im Modell, an dem man diesen Turm aufstellen muss.

Lösung einblenden

Zuerst wird die Ableitung von f berechnet: f'(x)= -3 x 2 +6,6x

Wir kennen den Berührpunkt, in dem die gesuchte Tangente durch P(0|0) an das Schaubild von f angelegt wird, nicht. Deswegen nennen wir den x-Wert u. Der Funktionswert ist dann f(u), da der Berührpunkt ja auf dem Schaubild von f liegt. Außerdem muss die Ableitung in u ja gerade die Tangentensteigung sein, da B(u|f(u)) der Berührpunkt ist.

Wir können also P(0|0) als (x|y), den Berührpunkt B(u|f(u)) und m=f'(u)= -3 u 2 +6,6u in die allgemeine Tangentengleichung

y=f´(u) ⋅(x-u)+f(u)

einsetzen:

0 = ( -3 u 2 +6,6u ) · ( 0 - u ) + - u 3 +3,3 u 2

- ( -3 u 2 +6,6u ) u - u 3 +3,3 u 2 = 0

3 u 3 -6,6 u 2 - u 3 +3,3 u 2 = 0

2 u 3 -3,3 u 2 = 0

Die Lösung der Gleichung:

2 u 3 -3,3 u 2 = 0
u 2 ( 2u -3,3 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

u 2 = 0 | 2
u1 = 0

2. Fall:

2u -3,3 = 0 | +3,3
2u = 3,3 |:2
u2 = 1,65

L={0; 1,65 }

0 ist 2-fache Lösung!


Man hat nun also die x-Werte der Berührpunkte. In diesen müssen nun noch Tangenten an den Graphen von f angelegt werden.


An der Stelle x= 1,65 :

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= - x 3 +3,3 x 2 ,
also

f'(x)= -3 x 2 +6,6x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( 1,65 )= -3 1,65 2 +6,61,65

= -32,7225 +10,89

= -8,1675 +10,89

= 2,7225

≈ 2.72

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= 2,7225 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 1,65 )= - 1,65 3 +3,3 1,65 2 = -4,4921 +3,32,7225 = 4,4921 ≈ 4.49

Wir erhalten so also den Punkt B( 1,65 | 4,4921 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

4,4921 = 2,7225 1,65 + c

4,4921 = 4,4921 + c | -4,4921

0 = c

also c=0

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= 2,7225 ⋅x +0 oder y=2.72x

Zusammenfassung:

Es gibt also insgesamt 2 Berührpunkte:

B(0|0)

B(1.65|4.492) mit der zugehörigen Tangente: 2,72x

Jetzt müssen wir ja noch die Tangente mit der anderen Gerade (Gerade der möglichen Turmspitzen) schneiden, um den gesuchten x-Wert zu erhalten:

2,7225x = 6,324 |:2,7225
x = 2,3229

Der gesuchte x-Wert (der die Stelle im Modell beschreibt an der der Turm gebaut werden soll) ist somit x ≈ 2.323.

Normale von außen Anwendungen

Beispiel:

Bestimme den Punkt Q auf dem Graphen von f mit f(x) = 1 4 x 2 , der den kürzesten Abstand zu P( 8 | 2 ) hat.

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Der Punkt P liegt "außerhalb" der Parabel der Funktion f. Deswegen muss der Punkt P auf der Normalen an den Graph von f im gesuchten Kurvenpunkt Q liegen.

Gesucht ist der Kurvenpunkt auf dem Graph von f, dessen Normale durch den Punkt P(8|2) verläuft.

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Zuerst wird die Ableitung von f berechnet: f'(x)= 1 2 u

Wir kennen den Kurvenpunkt von Gf, an dem die gesuchte Normale durch P(8|2) geht, nicht. Deswegen nennen wir den x-Wert dieses gesuchten Punktes u. Der Funktionswert ist dann f(u), da dieser Punkt ja auf dem Schaubild von f liegt. Außerdem ist die Tangentensteigung in diesem Kurvenpunkt Q(u|f(u)) die Ableitung f'(u).

Da wir ja aber die Normale und nicht die Tangente suchen, müssen wir den negativen Kehrwert von f'(u) bilden, um die Steigung der Normalen zu erhalten.

mn = - 1 mt = - 1 f '(u) = -1 1 2 u = - 2 u

Wir können also P(8|2) als (x|y), den gesuchten Kurvenpunkt Q(u|f(u)) und - 1 f '(u) = - 2 u in die allgemeine Normalengleichung

y = - 1 f '(u) ⋅(x-u) + f(u)

einsetzen:

2 = -1 1 2 u · ( 8 - u ) + 1 4 u 2 | -2

-2 8 - u u + 1 4 u 2 -2 = 0 | ⋅ 1 2 u

( -2 8 - u u + 1 4 u 2 -2 ) · 1 2 u = 0

-2 8 - u u · 1 2 u + 1 4 u 2 · 1 2 u -2 · 1 2 u = 0

-( 8 - u ) + 1 8 u 2 · u - u = 0

-8 + u + 1 8 u 3 - u = 0

1 8 u 3 +0 -8 = 0

Die Lösung der Gleichung:

1 8 u 3 +0 -8 = 0
1 8 u 3 -8 = 0 | +8
1 8 u 3 = 8 |⋅8
u 3 = 64 | 3
u = 64 3 = 4

L={ 4 }


Man hat nun also die x-Werte der gesuchten Kurvenpunkte. Für die y-Werte muss man eben noch die x-Werte in die Originalfunktion f einsetzen:

f( 4 ) = 1 4 4 2 = 4 , also gilt für den gesuchten Kurvenpunkt: Q( 4 | 4 )

Wendetangente Anwendungen

Beispiel:

Ein Snowboarder fährt bei einem Rennen auf einer Linie, die im Modell durch den Graph der Funktion f mit f(x)= x 3 -1,8 x 2 +2,916 (mit 0 ≤ x ≤ 4) beschrieben werden kann. Sollte der Snowboarder an einer bestimmten Stelle stürzen, so rutscht er geradlinig in einen Fangzaun, der im Modell auf der Geraden y=0 liegt. Der Zaun soll nur dort aufgestellt werden, wo der Snowboarder auch wirklich reinrutschen kann. Bestimme den x-Wert, des linken Endes des Zauns.

Lösung einblenden

Wir suchen also nach dem Wendepunkt:

f(x)= x 3 -1,8 x 2 +2,916

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

f'(x)= 3 x 2 -3,6x +0

= 3 x 2 -3,6x


f''(x)= 6x -3,6


Die notwendige Bedingung für einen Wendepunkt ist f''(x)=0.

(Wendestellen sind Extremstellen in der Ableitung, also haben Wendepunkten die Steigung 0 in f').

Man setzt nun also die zweite Ableitung gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Wendepunkte zu bestimmen.

6x -3,6 = 0 | +3,6
6x = 3,6 |:6
x = 0,6

Die Lösung x= 0,6 ist nun der einzige Kandidat für eine Wendestelle.


Jetzt müssen wir noch die Tangente im Wendepunkt W(0,6 | 2,484 ) aufstellen:

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= x 3 -1,8 x 2 +2,916 ,
also

f'(x)= 3 x 2 -3,6x +0

= 3 x 2 -3,6x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'(0,6 )= 3 0,6 2 -3,60,6

= 30,36 -2,16

= 1,08 -2,16

= -1,08

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -1,08 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f(0,6 )= 0,6 3 -1,8 0,6 2 +2,916 = 0,216 -1,80,36 +2,916 = 0,216 -0,648 +2,916 = 2,484 ≈ 2.48

Wir erhalten so also den Punkt B(0,6 | 2,484 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

2,484 = -1,08 0,6 + c

2,484 = -0,648 + c | + 0,648

3,132 = c

also c= 3,132 ≈ 3.13

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -1,08 ⋅x + 3,132 oder y=-1.08x +3.13

Jetzt müssen wir ja noch die Tangente mit der anderen Gerade y = 0 () schneiden, um den gesuchten x-Wert zu erhalten:

-1,08x +3,132 = 0 | -3,132
-1,08x = -3,132 |:(-1,08 )
x = 2,9

Der gesuchte x-Wert () ist somit x ≈ 2.9.

Wendetangente Anwendungen

Beispiel:

Ein Snowboarder fährt bei einem Rennen auf einer Linie, die im Modell durch den Graph der Funktion f mit f(x)= x 3 -3 x 2 +7,2 (mit 0 ≤ x ≤ 4) beschrieben werden kann. Sollte der Snowboarder an einer bestimmten Stelle stürzen, so rutscht er geradlinig in einen Fangzaun, der im Modell auf der Geraden y=0 liegt. Der Zaun soll nur dort aufgestellt werden, wo der Snowboarder auch wirklich reinrutschen kann. Bestimme den x-Wert, des linken Endes des Zauns.

Lösung einblenden

Wir suchen also nach dem Wendepunkt:

f(x)= x 3 -3 x 2 +7,2

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

f'(x)= 3 x 2 -6x +0

= 3 x 2 -6x


f''(x)= 6x -6


Die notwendige Bedingung für einen Wendepunkt ist f''(x)=0.

(Wendestellen sind Extremstellen in der Ableitung, also haben Wendepunkten die Steigung 0 in f').

Man setzt nun also die zweite Ableitung gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Wendepunkte zu bestimmen.

6x -6 = 0 | +6
6x = 6 |:6
x = 1

Die Lösung x= 1 ist nun der einzige Kandidat für eine Wendestelle.


Jetzt müssen wir noch die Tangente im Wendepunkt W(1 | 5,2 ) aufstellen:

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= x 3 -3 x 2 +7,2 ,
also

f'(x)= 3 x 2 -6x +0

= 3 x 2 -6x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'(1 )= 3 1 2 -61

= 31 -6

= 3 -6

= -3

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -3 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f(1 )= 1 3 -3 1 2 +7,2 = 1 -31 +7,2 = 1 -3 +7,2 = 5,2 ≈ 5.2

Wir erhalten so also den Punkt B(1 | 5,2 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

5,2 = -3 1 + c

5,2 = -3 + c | + 3

8,2 = c

also c= 8,2 ≈ 8.2

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -3 ⋅x + 8,2 oder y=-3x +8.2

Jetzt müssen wir ja noch die Tangente mit der anderen Gerade y = 0 () schneiden, um den gesuchten x-Wert zu erhalten:

-3x +8,2 = 0 | -8,2
-3x = -8,2 |:(-3 )
x = 2,7333

Der gesuchte x-Wert () ist somit x ≈ 2.733.