Zuordnung von Funktionsgraphen und Flächenberechnung

MathematicsCalculus (Derivatives and Integrals)MittelSTEM

Veröffentlicht:

Ordnen Sie die Funktionen $g$, $g'$ und $G$ den Schaubildern zu und begründen Sie Ihre Entscheidung.

Bestimmen Sie mit Hilfe Ihrer Zuordnung den Inhalt der Fläche, die das Schaubild $C$ auf dem Intervall $[-2; 2]$ mit der Geraden $y = 1$ einschließt. (6 Punkte)

Diese Aufgabe enthält visuelle Inhalte: Drei Koordinatensysteme (A, B, C) zeigen periodisch schwingende Graphen auf einem Gitter. Graph A zeigt eine sinkende Grundtendenz mit überlagerten Wellen, wobei die Nullstelle bei $x=0$ liegt. Graph B zeigt eine periodische Schwingung mit lokaler Maxima bei ca. $x = -2.8$ und $x = 1.2$ sowie Minima bei ca. $x = -0.8$ und $x = 3.2$. Graph C zeigt eine ähnliche Schwingung, jedoch vertikal verschoben, mit einem lokalen Minimum bei $(0, -2)$ und lokalen Maxima bei $x \approx -2$ und $x \approx 2$. Alle Graphen sind auf einem Raster mit markierten Achsen von ca. $-4$ bis $4$ auf der x-Achse und $-3$ bis $4$ auf der y-Achse dargestellt.

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 sollen wir die Graphen A, B und C den Funktionen g, g-Strich und G zuordnen und anschließend eine Fläche berechnen.

Zuordnung von $g$, $g'$ und $G$

2
Schritt 2

Erinnern wir uns an den Zusammenhang zwischen einer Funktion und ihrer Ableitung: An den Extremstellen der Funktion hat die Ableitung eine Nullstelle.


$$f(x) \text{ Extrempunkt} \implies f'(x) = 0$$
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Schritt 3

Schauen wir uns Graph B an. Graph B hat Extremstellen bei x gleich minus drei, minus eins, eins und drei.

$$x_{extrema, B} \approx \pm 1, \pm 3$$
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Schritt 4

An genau diesen Stellen hat Graph C seine Nullstellen. Das bedeutet, dass C die Ableitung von B sein könnte.

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Schritt 5

Prüfen wir nun Graph A. Graph A fällt überall streng monoton, außer an den Stellen, wo Steigung null ist. Das bedeutet, seine Ableitung müsste immer kleiner oder gleich null sein.

Graph A fällt monoton $\implies$ Ableitung $\le 0$

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Schritt 6

Betrachten wir Graph B. Er ist periodisch und wechselt zwischen positiven und negativen Werten. Wenn wir Graph A ableiten, sehen wir, dass die Nullstellen der Steigung von A, zum Beispiel bei x gleich minus zwei und null, mit den Nullstellen von B übereinstimmen.

$$x_{Sattel, A} \approx -2, 0, 2 \implies B(x) = 0 \text{ an diesen Stellen.}$$
7
Schritt 7

Zusammenfassend ergibt sich folgende Hierarchie von oben nach unten: A ist die Stammfunktion G, B ist die Funktion g und C ist die Ableitung g-Strich.

Endergebnis Zuordnung

8
Schritt 8

Dies passt perfekt zusammen: C ist die Ableitung von B, und B ist die Ableitung von A.

$$G'(x) = g(x) \text{ und } g'(x) = C(x)$$

Der Rest der Lösung ist auf Solvi

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Fach
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Calculus (Derivatives and Integrals)
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