Aufgabenbeispiele von Tangenten

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Tangente anlegen (ganzzahlige Koef.)

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= 2 x 2 -4 an der Stelle x= -1 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= 2 x 2 -4 ,
also

f'(x)= 4x +0

= 4x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( -1 )= 4( -1 )

= -4

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -4 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( -1 )= 2 ( -1 ) 2 -4 = 21 -4 = 2 -4 = -2

Wir erhalten so also den Punkt B( -1 | -2 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

-2 = -4 ⋅( -1 ) + c

-2 = 4 + c | -4

-6 = c

also c= -6

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -4 ⋅x -6

Tangente anlegen

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= -2 x 2 +5x an der Stelle x= 1 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= -2 x 2 +5x ,
also

f'(x)= -4x +5

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( 1 )= -41 +5

= -4 +5

= 1

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= 1 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 1 )= -2 1 2 +51 = -21 +5 = -2 +5 = 3

Wir erhalten so also den Punkt B( 1 | 3 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

3 = 1 1 + c

3 = 1 + c | -1

2 = c

also c= 2

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= 1 ⋅x + 2

Normale anlegen

Beispiel:

Berechne die Gleichung der Normalen an den Graphen von f mit f(x)= -2 x 3 -4x an der Stelle x= -1 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= -2 x 3 -4x ,
also

f'(x)= -6 x 2 -4

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( -1 )= -6 ( -1 ) 2 -4

= -61 -4

= -6 -4

= -10

Um mit der Tangentensteigung die Steigung der darauf senkrecht stehenden Normalen zu berechnen, verwenden wir die Beziehung:

mn= - 1 mt

also mn= 1 10

Damit wissen wir nun schon, dass die Normale die Gleichung t: y= 1 10 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( -1 )= -2 ( -1 ) 3 -4( -1 ) = -2( -1 ) +4 = 2 +4 = 6

Wir erhalten so also den Punkt B( -1 | 6 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

6 = 1 10 ⋅( -1 ) + c

6 = - 1 10 + c | + 1 10

61 10 = c

also c= 61 10

Damit erhält man als Geradengleichung für die Normale: y= 1 10 ⋅x + 61 10

Steigungswinkel

Beispiel:

Berechne den Steigungswinkel der Tangente an den Graphen von f mit f(x)= 1 2 x 2 - x -2 im Punkt P(0|f(0)):

Lösung einblenden

Um den Steigungswinkel zu berechnen brauchen wir zuerst einmal die Tangentensteigung im Punkt P(0|f(0)).

Dazu leiten wir f erst ab und setzen dann x = 0 in die Ableitungsfunktion ein:

f(x)= 1 2 x 2 - x -2

=>f'(x)= x -1 +0

f'(0) = 0 -1 = -1

Für den Steigungswinkel α einer Geraden mit Steigung m gilt:

tan(α) = m.

Also können wir den Steigungswinkel α berechnen mit:

α = arctan(m) = arctan(f'(0)) = arctan( -1 )) ≈ -45°.

Steigungswinkel rückwärts

Beispiel:

In einem Punkt B(x0|f(x0)) wird eine Tangente mit dem Steigungswinkel α ≈ -45° an den Graph der Funktion f mit f(x)= - 1 20 x 4 -26x +7 angelegt.

Bestimme x0.

Lösung einblenden

Wenn der Steigungswinkel α = -45° ist, muss die Steigung dieser Tangente m = tan(-45°) ≈ -1 betragen.

Wir suchen also die Stelle x0, an der die Steigung der Tangente m = -1 ist.

Die Steigung der Tangente an einer Stelle x0 können wir ja aber mit m = f'(x0) berechnen, also muss f'(x0) = -1 gelten.

Wir leiten somit f mit f(x)= - 1 20 x 4 -26x +7 ab:

f'(x) = - 1 5 x 3 -26

Es muss gelten:

- 1 5 x 3 -26 = -1 | +26
- 1 5 x 3 = 25 |⋅ ( -5 )
x 3 = -125 | 3
x = - 125 3 = -5

Die gesuchte Stelle ist somit x0 ≈ -5.

Nullstelle einer Tangente

Beispiel:

Bestimme den x-Wert, an dem die Tangente an den Graphen von f mit f(x)= -3 x 2 + x im Punkt B( -1 |f( -1 )) die x-Achse schneidet:

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= -3 x 2 + x ,
also

f'(x)= -6x +1

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'( -1 )= -6( -1 ) +1

= 6 +1

= 7

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= 7 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( -1 )= -3 ( -1 ) 2 -1 = -31 -1 = -3 -1 = -4

Wir erhalten so also den Punkt B( -1 | -4 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

-4 = 7 ⋅( -1 ) + c

-4 = -7 + c | + 7

3 = c

also c= 3

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= 7 ⋅x + 3

Jetzt brauchen wir noch die Nullstelle dieser linearen (Tangenten-)Funktion: t: y = 7x +3

7x +3 = 0 | -3
7x = -3 |:7
x = - 3 7

Die gesuchte Nullstelle der Tangente ist somit bei x = - 3 7 ≈ -0.43.

Nullstelle einer Tangente Anwendung

Beispiel:

Die Geschwindigkeit eines Radfahrers lässt sich näherungsweise durch den Term f(t)= 10 - 1 4 t 2 beschreiben (t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn, f(t) im m/s).
Nach 2 Sekunden bleibt die momentane Änderungsrate der Geschwindigkeit konstant bei dem Wert, den sie zum Zeitpunkt t=2s hatte.
Wann kommt der Radfahrer zum Stillstand?

Lösung einblenden

Wir brauchen also die Tangente an den Graph von f im Punkt B(2|f(2)):

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Zuerst braucht man die Ableitung von f(t)= 10 - 1 4 t 2 ,
also

f'(t)= 0 - 1 2 t

= - 1 2 t

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen t-Wert in die Ableitung ein:

mt = f'(2)= - 1 2 2

= -1

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -1 t+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f(2)= 10 - 1 4 2 2 = 10 - 1 4 4 = 10 -1 = 9

Wir erhalten so also den Punkt B(2| 9 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

9 = -1 ⋅2 + c

9 = -2 + c | + 2

11 = c

also c= 11

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -1 ⋅t + 11

Jetzt brauchen wir noch die Nullstelle dieser linearen (Tangenten-)Funktion: t: y = -t +11

-t +11 = 0 | -11
-t = -11 |:(-1 )
t = 11

Die gesuchte Nullstelle der Tangente ist somit bei t = 11 .