Aufgabe 1 - Differentialrechnung · Abitur NRW Mathematik GK · Teil B · Analysis (CAS) 2024
Thema: Differentialrechnung: Tangenten, Extrem- und Wendepunkte · Aus der Prüfung GK · Teil B · Analysis (CAS) (2024)
Aufgabenstellung
Ein mit Wasser befülltes Glas wird aus einem Kühlschrank genommen. Die anschließende Entwicklung der Wassertemperatur infolge der höheren Raumtemperatur lässt sich mithilfe der in definierten Funktion modellhaft beschreiben. Dabei ist die Zeit in Minuten, die seit der Entnahme aus dem Kühlschrank vergangen ist, und die Wassertemperatur in . Die Raumtemperatur beträgt konstant .
b)
Berechnen Sie die Werte der folgenden Terme und interpretieren Sie diese im Sachzusammenhang:
(1)
(2)
c)
Zeigen Sie, dass in diesem Modell gilt:
Es gibt eine Konstante , sodass zu jedem Zeitpunkt die Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Wassertemperatur das -Fache der momentanen Änderungsrate der Wassertemperatur ist.

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
b) (1) Wert von f'(30)
Lösung: °C/min
b) (1) Interpretation von f'(30) im Sachzusammenhang
Lösung: Die momentane Änderungsrate der Wassertemperatur 30 Minuten nach Beobachtungsbeginn beträgt etwa 0,18 °C/min (das Wasser erwärmt sich zu diesem Zeitpunkt mit ca. 0,18 °C pro Minute).
b) (2) Wert des Differenzenquotienten
Lösung: °C/min
b) (2) Interpretation des Differenzenquotienten im Sachzusammenhang
Lösung: Die mittlere Änderungsrate der Wassertemperatur innerhalb der ersten 30 Minuten beträgt etwa 0,23 °C/min.
c) Zeigen Sie, dass in diesem Modell gilt: Es gibt eine Konstante c, sodass zu jedem Zeitpunkt die Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Wassertemperatur das c-Fache der momentanen Änderungsrate der Wassertemperatur ist.
Lösung:
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