Aufgabe B2 - Differentialrechnung · Abitur NRW Mathematik GK · Haupttermin · CAS 2023

Gegeben ist die in $\mathbb{R}$ definierte Funktion $f$ mit $f(x) = \frac{1}{27}x^3 - \frac{4}{3}x$. Ihr Graph $G_f$ hat den Wendepunkt $(0|0)$.

Ausgehend von $G_f$ entstehen durch drei Schritte neue Graphen. Diese Schritte lauten:

Spiegeln an der $x$-Achse.

Verschieben um 6 in positive $x$-Richtung.

Verschieben um 14 in positive $y$-Richtung.

Jeder der Schritte wird genau einmal durchgeführt, lediglich die Reihenfolge darf variieren. Betrachtet wird jeweils nur der Graph, der nach allen drei Schritten vorliegt.

Wird $G_f$ den drei Schritten in der angegebenen Reihenfolge unterzogen, so entsteht der Graph der Funktion $g$. Die in $\mathbb{R}$ definierte Funktion $g$ besitzt die Gleichung:$$g(x) = -\frac{1}{27}x \cdot (x-6) \cdot (x-12) + 14$$In einem Modell, das aus langjährigen Messungen gewonnen wurde, beschreibt $g$ für $0 \le x < 12$ den Verlauf der Tagesdurchschnittstemperatur an einem bestimmten Ort. Dabei ist $x$ die seit einem bestimmten Tag des Kalenderjahres vergangene Zeit in Monaten und $g(x)$ die Temperatur in °C.

Der Verlauf der Tagesdurchschnittstemperatur an einem anderen Ort wird, beginnend mit einem bestimmten Tag des Kalenderjahres, modellhaft wiedergegeben:

Der Verlauf soll mithilfe einer ganzrationalen Funktion $h$ mit$$h(x) = a \cdot x^4 + b \cdot x^3 + c \cdot x^2 + d \cdot x + e, \quad x \in \mathbb{R}, \, a, b, c, d, e \in \mathbb{R},$$modelliert werden. Dabei soll $x$ die seit dem bestimmten Tag des Kalenderjahres vergangene Zeit in Monaten und $h(x)$ die Tagesdurchschnittstemperatur in °C sein.

Aufgabe B2 – Differentialrechnung

a) (3)

Der Graph $G_f$ besitzt zwei Extrempunkte. Zeigen Sie, dass es sich bei einem davon um einen Tiefpunkt handelt, dessen $x$-Koordinate $\sqrt{12}$ beträgt.

a) (4)

Bestimmen Sie eine Gleichung der Tangente $t$, die $G_f$ im Punkt $P(6|f(6))$ berührt.

c) (2)

Geben Sie die Wendestelle von $g$ an und beschreiben Sie, was diese Wendestelle für den Verlauf der Tagesdurchschnittstemperatur bedeutet.

c) (3)

Die folgenden Rechnungen stellen zusammen mit Abbildung 1 den Lösungsweg einer Aufgabe mit Sachbezug dar:

$$g'(x) = 0 \Leftrightarrow x = 6 - \sqrt{12} \;\lor\; x = 6 + \sqrt{12}$$

$$g(6 + \sqrt{12}) - g(6 - \sqrt{12}) \approx 6{,}2$$

Geben Sie eine dazu passende Aufgabenstellung an und erläutern Sie den gezeigten Lösungsweg.