Zuordnung von Funktionsgraphen und Flächenberechnung
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3.6 Gegeben sind die Schaubilder einer Funktion $g$, ihrer Ableitungsfunktion $g'$ und einer Stammfunktion $G$ von $g$.
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) mit Funktionsgraphen. Graph A zeigt eine fallende Funktion mit lokalen Extrema. Graph B zeigt eine periodische Schwingung mit Amplituden zwischen -3 und +3. Graph C zeigt ebenfalls eine periodische Schwingung, jedoch mit geringerer Amplitude (zwischen ca. -2.5 und +1) und einer Verschiebung auf der y-Achse. Alle Graphen sind auf einem Gitter mit markierten x- und y-Achsen (Werte von -3 bis 3) 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 drei Graphen A, B und C einer Funktion g, ihrer Ableitung g Strich und ihrer Stammfunktion Groß G zuordnen und anschließend eine Fläche berechnen.
Zuordnung von $g$, $g'$ und $G$
Schauen wir uns zuerst Graph A an. Wir sehen, dass A an den Stellen, an denen B Nullstellen mit Vorzeichenwechsel hat, Extrempunkte besitzt.
Analyse der Zusammenhänge
- Extremstellen von $f$ sind Nullstellen von $f'$.
Betrachten wir Graph B. Er hat bei x gleich null eine Nullstelle mit Vorzeichenwechsel von Minus nach Plus. Genau dort hat Graph A einen Tiefpunkt. Das deutet darauf hin, dass B die Ableitung von A ist.
Nun schauen wir uns B und C an. B hat Extremwerte, wo C Nullstellen hat. Zum Beispiel hat B bei x gleich eins einen Hochpunkt, und C hat dort eine Nullstelle. Also ist C die Ableitung von B.
Daraus ergibt sich die logische Kette: A ist die Stammfunktion Groß G, B ist die Funktion g, und C ist die Ableitungsfunktion g Strich.
Im zweiten Teil sollen wir den Flächeninhalt berechnen, den das Schaubild C auf dem Intervall von minus zwei bis zwei mit der Geraden y gleich eins einschließt.
Flächenberechnung
Gesucht ist die Fläche zwischen $C$ (also $g'$) und $y=1$ auf $[-2; 2]$.
Der Flächeninhalt berechnet sich über das Integral des Betrags der Differenz der beiden Funktionen.
Wenn wir uns Graph C ansehen, liegt die Kurve im Intervall von minus zwei bis zwei immer unterhalb der Geraden y gleich eins. Daher rechnen wir eins minus g Strich.
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