Aufgabenbeispiele von ganzrationale Fktn.

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Ableiten (ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 2 x 3 - x 2 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 2 x 3 - x 2

f'(x)= 6 x 2 -2x

Ableiten an einem Punkt

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= -2 x 2 +4x und gib die Steigung von f an der Stelle x=1 an:

Lösung einblenden

f(x)= -2 x 2 +4x

=>f'(x)= -4x +4

f'(1) = -41 +4 = -4 +4 = 0

Ableiten mit x im Nenner

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= -5 sin( x ) - 3 x 2 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= -5 sin( x ) - 3 x 2

= -5 sin( x ) -3 x -2

=> f'(x) = -5 cos( x ) +6 x -3

f'(x)= -5 cos( x ) + 6 x 3

Ableiten mit Wurzeln

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= -3 x 4 -5 x und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= -3 x 4 -5 x

= -3 x 4 -5 x 1 2

=> f'(x) = -12 x 3 - 5 2 x - 1 2

f'(x)= -12 x 3 - 5 2 x

Ableiten an Punkt mit Parameter (ration. Exp.)

Beispiel:

Für welches t hat die Steigung der Tangente an den Graph von ft mit ft(x)= t x - x 2 im Punkt (1|ft(1)) den Wert - 3 2 ?

Lösung einblenden

f(x)= t x - x 2

= t x 1 2 - x 2

=> f'(x)= 1 2 t x - 1 2 -2x

=>f'(x)= t 2 x -2x

Jetzt setzen wir x = 1 in die Ableitungsfunktion f' ein:

= t 2 -21
= t 2 -21
= 1 2 t -2

Dieser Wert soll ja den Wert - 3 2 besitzen, also gilt:

1 2 t -2 = - 3 2 |⋅ 2
2( 1 2 t -2 ) = -3
t -4 = -3 | +4
t = 1

Steigungswinkel

Beispiel:

Berechne den Steigungswinkel der Tangente an den Graphen von f mit f(x)= - 1 4 x 4 + x +7 im Punkt P(-1|f(-1)):

Lösung einblenden

Um den Steigungswinkel zu berechnen brauchen wir zuerst einmal die Tangentensteigung im Punkt P(-1|f(-1)).

Dazu leiten wir f erst ab und setzen dann x = -1 in die Ableitungsfunktion ein:

f(x)= - 1 4 x 4 + x +7

=>f'(x)= - x 3 +1 +0

f'(-1) = - ( -1 ) 3 +1 = -( -1 ) +1 = 1 +1 = 2

Für den Steigungswinkel α einer Geraden mit Steigung m gilt:

tan(α) = m.

Also können wir den Steigungswinkel α berechnen mit:

α = arctan(m) = arctan(f'(-1)) = arctan( 2 )) ≈ 63.4°.

Steigungswinkel rückwärts

Beispiel:

In einem Punkt B(x0|f(x0)) wird eine Tangente mit dem Steigungswinkel α ≈ 45° an den Graph der Funktion f mit f(x)= x 2 -5x -6 angelegt.

Bestimme x0.

Lösung einblenden

Wenn der Steigungswinkel α = 45° ist, muss die Steigung dieser Tangente m = tan(45°) ≈ 1 betragen.

Wir suchen also die Stelle x0, an der die Steigung der Tangente m = 1 ist.

Die Steigung der Tangente an einer Stelle x0 können wir ja aber mit m = f'(x0) berechnen, also muss f'(x0) = 1 gelten.

Wir leiten somit f mit f(x)= x 2 -5x -6 ab:

f'(x) = 2x -5

Es muss gelten:

2x -5 = 1 | +5
2x = 6 |:2
x = 3

Die gesuchte Stelle ist somit x0 ≈ 3.

Steigungswinkel rückwärts (Param.)

Beispiel:

Begründe, dass der Graph der Funktion ft mit ft(x)= 2 x 2 + 1 5 t x für jedes t durch den Ursprung verläuft.

Für welches ganzzahlige t beträgt der Steigungswinkel des Graphen von ft im Ursprung ungefähr 21.8 ° ?

Lösung einblenden

ft(0) = 0, also verläuft der Graph von ft für jedes t durch den Ursprung O(0|0).

Für den Steigungswinkel α gilt ja:

tan(α)=m = Gegenkathete Ankathete = y-Zuwachs x-Zuwachs

Wenn also im Ursprung der Steigungswinkel 21.8 ° beträgt, muss für die Steigung im Ursprung gelten:

m = tan(21.8°) ≈ 0.4

Dieses m können wir ja aber auch in Abhängigkeit von t mit der Ableitungsfunktion ft' bei x=0 berechnen:

f(x)= 2 x 2 + 1 5 t x

=>f'(x)= 4x + 1 5 t

Jetzt setzen wir x = 0 in die Ableitungsfunktion f' ein:

f'(0) = 40 + 1 5 t
= 1 5 t

Dieser Wert soll ja ungefähr 0.4 betragen, also gilt:

1 5 t = 0,4 |⋅ 5
t = 2

Als ganzzahligen Wert können wir somit t = 2 nehmen.

Schnittwinkel zweier Kurven

Beispiel:

Die Graphen der beiden Funktionen f und g mit f(x)= x 2 -6x +12 und g(x)= - x 2 -4x +24 schneiden sich in zwei Punkten. Berechne den Schnittwinkel der beiden Graphen im Schnittpunkt mit dem positiven x-Wert.

Lösung einblenden

Um die Schnittpunkte zu berechnen, müssen wir einfach die beiden Funktionsterme gleichsetzen:

x 2 -6x +12 = - x 2 -4x +24 | + x 2 +4x -24
2 x 2 -2x -12 = 0 |:2

x 2 - x -6 = 0

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

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

x1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · 1 · ( -6 ) 21

x1,2 = +1 ± 1 +24 2

x1,2 = +1 ± 25 2

x1 = 1 + 25 2 = 1 +5 2 = 6 2 = 3

x2 = 1 - 25 2 = 1 -5 2 = -4 2 = -2

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 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 ) 2 - ( -6 ) = 1 4 + 6 = 1 4 + 24 4 = 25 4

x1,2 = 1 2 ± 25 4

x1 = 1 2 - 5 2 = - 4 2 = -2

x2 = 1 2 + 5 2 = 6 2 = 3

L={ -2 ; 3 }

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

Um den Schnittwinkel zu berechnen brauchen wir zuerst die Steigungswinkel der beiden Graphen im Schnittpunkt S( 3 |f( 3 )).

Dazu leiten wir die beiden Funktionen ab und setzen den x-Wert des Schnittpunkts x = 3 in die Ableitungen ein um die Tangentensteigungen zu erhalten:

f'(x)= 2x -6 , also gilt mf = f'( 3 )= 23 -6 = 0

g'(x)= -2x -4 , also gilt mg = g'( 3 )= -23 -4 = -10

Mit den Tangentensteigungen kann man nun die Steigungswinkel dieser Tangenten mit der Formel tan(α) = m = y-Zuwachs x-Zuwachs

Somit gilt für den Steigungswinkel von f in S( 3 |f( 3 )): α = arctan(0) ≈ 0°

und für den Steigungswinkel von g in S( 3 |g( 3 )) gilt: β = arctan( -10 ) ≈ -84.3°

An der Skizze erkennt man schnell, dass man den Schnittwinkel als den Betrag der Differenz der beiden Steigungswinkel berechnen kann.

γ = |α - β| = |0° - ( - 84.3 )°| ≈ 84.3°