Aufgabe 2 - 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

Gegeben ist die in R\mathbb{R} definierte Funktion hh mit h(x)=(1−x2)⋅exh(x) = (1 - x^2) \cdot e^x. Der Graph von hh wird mit GhG_h bezeichnet.

b

Die Gerade uu ist die Tangente an GhG_h im Punkt (0∣1)(0 \mid 1). Es gibt genau eine Tangente vv an GhG_h, die zu uu senkrecht ist. Geben Sie die notwendigen Schritte zur Berechnung einer Gleichung von vv an und erläutern Sie diese.

c

Berechnen Sie die Wendestellen von hh. In einem der Wendepunkte von GhG_h ist die Steigung von GhG_h maximal. Berechnen Sie den Wert der maximalen Steigung.

d

Für 0<w<10 < w < 1 wird das Dreieck mit den Eckpunkten (0∣0)(0 \mid 0), (w∣0)(w \mid 0) und (w∣h(w))(w \mid h(w)) betrachtet. Für einen Wert von ww ist der Flächeninhalt des Dreiecks maximal. Berechnen Sie den maximalen Flächeninhalt.

Aufgabenstellung: Aufgabe 2 - Differentialrechnung · Abitur NRW Mathematik GK · Teil B · Analysis (CAS) 2024

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

b Geben Sie die notwendigen Schritte zur Berechnung einer Gleichung von v an und erläutern Sie diese.

Lösung: Steigung von vv: −1h′(0)-\frac{1}{h'(0)} Lösen der Gleichung h′(x)=−1h′(0)h'(x) = -\frac{1}{h'(0)} zur Bestimmung der x-Koordinate xQx_Q des Schnittpunkts QQ von GhG_h und vv. Bestimmung der y-Koordinate yQy_Q von QQ: yQ=h(xQ)y_Q = h(x_Q) Bestimmung des y-Achsenabschnitts von vv mithilfe der Steigung von vv und den Koordinaten von QQ.

c Berechnen Sie die Wendestellen von h (x1x_1).

Lösung: x1=−2−3x_1 = -2 - \sqrt{3} / −3,73-3{,}73

c Berechnen Sie die Wendestellen von h (x2x_2).

Lösung: x2=−2+3x_2 = -2 + \sqrt{3} / −0,27-0{,}27

c Berechnen Sie den Wert der maximalen Steigung.

Lösung: h′(x2)=(23−2)e3−2h'(x_2) = (2\sqrt{3} - 2)e^{\sqrt{3}-2} / 1,121{,}12

d Berechnen Sie den maximalen Flächeninhalt.

Lösung: 0,360{,}36

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