Funktionsuntersuchung, Gleichungslösen und Graphinterpretation

MathematicsDifferential Calculus and Function AnalysisMittelSTEM

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1.1 Gegeben ist die Funktion $f$ mit $f(x) = x^3 - 12x, x \in \mathbb{R}$. Ihr Schaubild ist $K_f$. Berechnen Sie die Koordinaten der Extrempunkte von $K_f$. (5 Punkte)

1.2 Lösen Sie die Gleichung $x \cdot (x^3 + 1) \cdot (2x - 3) = 0$. (3 Punkte)

1.3 Beschreiben Sie, wie das Schaubild mit der Gleichung $y = -2e^x + 3$ aus dem Schaubild mit der Gleichung $y = e^x$ hervorgeht. (3 Punkte)

1.4 Die Abbildung zeigt das Schaubild $K_{g'}$ der Ableitungsfunktion $g'$ einer Funktion $g$. Das Schaubild von $g$ ist $K_g$. Begründen Sie, ob folgende Aussagen wahr oder falsch sind. (6 Punkte)

(1) $K_g$ besitzt genau zwei Wendepunkte.

(2) $K_g$ besitzt genau zwei Hochpunkte.

(3) $K_g$ besitzt genau zwei Tangenten die parallel zur 1. Winkelhalbierenden verlaufen.

Diese Aufgabe enthält visuelle Inhalte: Ein Koordinatensystem zeigt den Graphen $K_{g'}$ einer Ableitungsfunktion $g'$. Die x-Achse reicht von etwa -4 bis 3, die y-Achse von -4 bis 3. Der Graph ist eine Kurve, die die x-Achse bei $x = -3$, $x = -1$ und $x = 2$ schneidet. Sie hat einen lokalen Hochpunkt bei etwa $x = -2$ mit $y \approx 2.5$ und einen lokalen Tiefpunkt bei etwa $x = 1.2$ mit $y \approx -4$. Der Graph ist als $K_{g'}$ beschriftet.

Animierte Videolösung

Die erste Hälfte ist kostenlos, die komplette Lösung gibt es in der App.

Schriftliche Lösung Schritt für Schritt

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Schritt 1

In dieser Aufgabe analysieren wir Aussagen über eine Funktion g, basierend auf dem Graphen ihrer Ableitungsfunktion g Strich.

Analyse von g anhand von g'

2
Schritt 2

Betrachten wir zunächst die erste Aussage: K-g besitzt genau zwei Wendepunkte. Ein Wendepunkt von g entspricht einer Extremstelle der Ableitungsfunktion g Strich.

(1) Wendepunkte von g

$$\text{Wendepunkt von } g \iff \text{Extrempunkt von } g'$$
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Schritt 3

Schauen wir uns den Graphen von g Strich an. Wir sehen eine lokale Maximalstelle bei etwa x gleich minus zwei und eine lokale Minimalstelle bei etwa x gleich eins.

4
Schritt 4

Da g Strich genau zwei Extremstellen hat, besitzt die Stammfunktion g genau zwei Wendepunkte. Die Aussage ist also wahr.

5
Schritt 5

Kommen wir zur zweiten Aussage: K-g besitzt genau zwei Hochpunkte. Ein Hochpunkt von g liegt vor, wenn die Ableitung g Strich eine Nullstelle mit Vorzeichenwechsel von plus nach minus hat.

Analyse der Hochpunkte

(2) Hochpunkte von g

$$\text{Hochpunkt bei } x_0 \iff g'(x_0) = 0 \text{ mit VZW } + \to -$$
6
Schritt 6

Suchen wir die Nullstellen von g Strich im Graphen. Wir finden sie bei x gleich minus drei, minus eins und zwei.

7
Schritt 7

Bei x gleich minus drei wechselt g Strich von minus nach plus, das ist ein Tiefpunkt. Bei x gleich minus eins wechselt g Strich von plus nach minus, das ist ein Hochpunkt. Bei x gleich zwei wechselt g Strich wieder von minus nach plus.

NullstelleTyp von g
x = -3\text{Tiefpunkt (- zu +)}
x = -1\text{Hochpunkt (+ zu -)}
x = 2\text{Tiefpunkt (- zu +)}

Der Rest der Lösung ist auf Solvi

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