Zuordnung von Funktionsgraphen und Flächenberechnung
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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
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 $G$
Erinnern wir uns an den Zusammenhang zwischen einer Funktion und ihrer Ableitung: An den Extremstellen der Funktion hat die Ableitung eine Nullstelle.
Schauen wir uns Graph B an. Graph B hat Extremstellen bei x gleich minus drei, minus eins, eins und drei.
An genau diesen Stellen hat Graph C seine Nullstellen. Das bedeutet, dass C die Ableitung von B sein könnte.
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 $\le 0$
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.
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
Dies passt perfekt zusammen: C ist die Ableitung von B, und B ist die Ableitung von A.
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