Aufgabe B1 - Teilaufgabe c (3) · Abitur NRW Mathematik LK · Haupttermin · GTR · Weiterbildungsk 2023
Thema: Differentialrechnung: Tangenten, Extrem- und Wendepunkte · Aus der Prüfung LK · Haupttermin · GTR · Weiterbildungskolleg (2023)
Aufgabenstellung
c) Betrachtet wird die Funktionenschar mit Definitionsmenge und der Gleichung
Die Funktion ist identisch mit der Funktion .
In Abbildung 3 sind drei Graphen der Schar dargestellt, die zu drei verschiedenen Parameterwerten gehören.
Die Ableitungsfunktion ist gegeben durch:
(3) Wie die Anzahl der Extremstellen von vom Parameter abhängt, soll genauer untersucht werden. Dazu werden die Nullstellen der Funktion mit betrachtet.
Abbildung 4 stellt den Graphen der Funktion (also ) dar.
(i)
Geben Sie mithilfe von Abbildung 4 an, wie viele Nullstellen die Funktion je nach Wert des Parameters besitzt.
(ii)
Begründen Sie, dass die folgenden drei Aussagen zutreffen:

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
(i) Geben Sie mithilfe von Abbildung 4 an, wie viele Nullstellen die Funktion je nach Wert des Parameters besitzt.
Lösung: Genau zwei Nullstellen für oder . Genau eine Nullstelle für oder . Genau drei Nullstellen für .
(ii) Begründen Sie die Richtigkeit der Aussage S1: Für jedes hat die Funktion genau eine Extremstelle.
Lösung: Für hat die Funktion und damit auch die Funktion genau eine Nullstelle mit Vorzeichenwechsel. hat daher genau eine Extremstelle.
(ii) Begründen Sie, dass die Aussage S2 zutrifft: Es gibt keine Funktion , die mehr als drei Extremstellen hat.
Lösung: Die Funktion kann als Polynomfunktion vom Grad 3 maximal drei Nullstellen haben. Wegen der notwendigen Bedingung für Extremstellen kann es nicht mehr als drei Extremstellen für die Funktion geben.
(ii) Begründen Sie, dass die Aussage S3 zutrifft: Es gibt keine Funktion , die genau zwei Extremstellen hat.
Lösung: Die Funktion hat nur für oder zwei Nullstellen. Dabei handelt es sich um eine Nullstelle mit und eine Nullstelle ohne Vorzeichenwechsel. Deshalb gibt es in diesen Fällen nur eine Extremstelle und eine Sattelstelle für die Funktion . [Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass im Falle von genau drei Nullstellen jeweils ein Vorzeichenwechsel vorliegt und dann drei Extremstellen existieren.]
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