Aufgabe 3 - 1 - Funktionen und ihre Eigenschaften · Abitur NRW Mathematik LK · Teil B · Analysis (WTR) 2020

Thema: Funktionen und ihre Eigenschaften · Aus der Prüfung LK · Teil B · Analysis (WTR) (2020)

Aufgabenstellung

Gegeben ist die Schar der in R\mathbb{R} definierten Funktionen fk:x↦ekx−x−1f_k: x \mapsto \mathrm{e}^{kx} - x - 1 mit k∈Rk \in \mathbb{R}. Der Graph von fkf_k wird mit GkG_k bezeichnet.

Betrachtet wird zunächst die Funktion f10f_{10} mit f10(x)=e10x−x−1f_{10}(x) = \mathrm{e}^{10x} - x - 1.

a)

Die Abbildung 1 zeigt G10G_{10}. Im dargestellten Bereich gibt es zwei Rechtecke, die jeweils die beiden folgenden Eigenschaften haben:

Zwei Eckpunkte liegen auf der x-Achse und zwei Eckpunkte auf G10G_{10}.

Eine Seitenlänge beträgt 0,4.

Zeichnen Sie diese beiden Rechtecke in die Abbildung 1 ein. Begründen Sie ohne zu rechnen, dass die beiden Rechtecke unterschiedliche Flächeninhalte haben.

b)

Begründen Sie, dass G10G_{10} und die Gerade mit der Gleichung y=−x−1y = -x - 1 keinen Punkt gemeinsam haben. Beschreiben Sie sowohl für x→−∞x \to -\infty als auch für x→+∞x \to +\infty den Verlauf von G10G_{10} bezüglich dieser Gerade.

Aufgabenstellung: Aufgabe 3 - 1 - Funktionen und ihre Eigenschaften · Abitur NRW Mathematik LK · Teil B · Analysis (WTR) 2020

Lösung

Lösung von AprenAI (nicht die offizielle)

Zeichnen Sie diese beiden Rechtecke in die Abbildung 1 ein.

Lösung: Eines der beiden Rechtecke hat die waagerechte Seitenlänge 0,4. Seine Ecken auf G10G_{10} liegen auf gleicher Höhe, etwa bei x≈−0,49x \approx -0,49 und x≈−0,09x \approx -0,09 mit f10(x)≈−0,50f_{10}(x) \approx -0,50. Seine Höhe beträgt also etwa 0,5. Das andere Rechteck hat die senkrechte Seitenlänge 0,4. Es reicht von der x-Achse bis y=−0,4y = -0,4. Seine Breite liegt zwischen den beiden Stellen mit f10(x)=−0,4f_{10}(x) = -0,4, also etwa von x=−0,6x = -0,6 bis x=−0,06x = -0,06. Die Breite beträgt damit etwa 0,54.

Begründen Sie ohne zu rechnen, dass die beiden Rechtecke unterschiedliche Flächeninhalte haben.

Lösung: Beide Rechtecke haben eine Seite der Länge 0,4. Gleiche Flächeninhalte hätten sie nur, wenn auch die jeweils andere Seite gleich lang wäre. Die Höhe des Rechtecks mit waagerechter Seite 0,4 ist aber kleiner als die Breite des Rechtecks mit senkrechter Seite 0,4. Das ist in der Abbildung abzulesen: Höhe etwa 0,5, Breite etwa 0,54, also mehr als 0,5. Daher sind die Flächeninhalte verschieden.

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