Aufgabenbeispiele von mit Parameter

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Fläche mit x-Achse rückwärts

Beispiel:

Der Graph der Funktion ft mit ft(x)= -3 x 2 +9 t x schließt für ein bestimmtes t>0 mit der x-Achse eine Fläche mit dem Inhalt A = 9261 16 ein.

Bestimme dieses t.

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Zuerst muss man die Nullstellen von ft berechnen. Dazu setzt man einfach den Funktionsterm gleich Null:

-3 x 2 +9 t x = 0
3 x ( -x +3 t ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

-x +3 t = 0 | - ( 3 t )
-x = -3 t |:(-1 )
x2 = 3 t

Damit haben wir die Grenzen der Fläche, die wir auch als Grenzen in das Integral einsetzen müssen:

At = 0 3 t ( -3 x 2 +9 t x ) x

= [ - x 3 + 9 2 t x 2 ] 0 3 t

= -27 t 3 + 81 2 t 3 - ( - 0 3 + 9 2 t 0 2 )

= - 54 2 t 3 + 81 2 t 3 - ( -0 + 9 2 t 0 )

= 27 2 t 3 - (0+0)

= 27 2 t 3 +0

= 27 2 t 3

Dieser Flächeninhalt 27 2 t 3 muss nun gleich 9261 16 sein:

27 2 t 3 = 9261 16 |⋅ 2 27
t 3 = 343 8 | 3
t = 343 8 3 = 7 2

Der gesuchte t-Wert ist somit 7 2 = 3,5.

Fläche zwischen 2 Kurven rückwärts

Beispiel:

Die Graphen der Funktionen ft mit ft(x)= - 3 2 x 3 +2 t 2 x und gt mit gt(x)= 1 2 x 3 schließen für ein bestimmtes t>0 Flächen mit dem Inhalt A = 625 16 ein.

Bestimme dieses t.

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Zuerst muss man die Schnittstellen von ft und gt berechnen. Dazu setzt man einfach die beiden Funktionsterme gleich:

- 3 2 x 3 +2 t 2 x = 1 2 x 3 |- 1 2 x 3

-2 x 3 +2 t 2 x = 0
2 x ( - x 2 + t 2 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

- x 2 + t 2 = 0 | - ( t 2 )
- x 2 = -1 t 2 |: ( -1 )
x 2 = t 2 | 2
x2 = - ( t 2 ) = - t
x3 = ( t 2 ) = t

Die Fläche zwischen zwei Kurven kann man als Differenz der beiden Integrale oder eben mit dem Integral der Differenzfunktion berechnen.

Die Grenzen der Fläche zwischen den beiden Kurven haben wir ja bereits mit den Schnittstellen berechnet, die wir nun in das Integral einsetzen müssen:

Weil ja f und g nur ungerade Potenzen haben und somit punktsymmetrisch zu O(0|0) sind, genügt es, wenn wir nur eine der beiden gleichgroßen Flächen betrachten:

At = 0 t ( - 3 2 x 3 +2 t 2 x ) x - 0 t 1 2 x 3 x
= 0 t ( - 3 2 x 3 +2 t 2 x - 1 2 x 3 ) x

= 0 t ( -2 x 3 +2 t 2 x ) x

= [ - 1 2 x 4 + t 2 x 2 ] 0 t

= - 1 2 t 4 + t 4 - ( - 1 2 0 4 + t 2 0 2 )

= - 1 2 t 4 + 2 2 t 4 - ( - 1 2 0 + t 2 0 )

= 1 2 t 4 - (0+0)

= 1 2 t 4 +0

= 1 2 t 4

Dieser Flächeninhalt 1 2 t 4 muss nun ja gerade halb so groß wie die geforderten 625 16 (für beide gleichgroße Flächen zusammen), also = 625 32 sein:

1 2 t 4 = 625 32 |⋅2
t 4 = 625 16 | 4
t1 = - 625 16 4 = - 5 2
t2 = 625 16 4 = 5 2

Der gesuchte t-Wert ist somit 5 2 = 2,5.

Minimum eines Integrals bestimmen

Beispiel:

Der Graph der Funktion ft mit ft(x)= 54 x 2 -12 t x + t 2 schließt mit der x-Achse und den Geraden x = 0 und x = 1 eine Fläche ein. Bestimme den minimalen Inhalt dieser Fläche.

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Wir können einfach mal den gesuchten Flächeninhalt in Abhängigkeit von t mit Integralrechnung bestimmen:

At = 0 1 ( 54 x 2 -12 t x + t 2 ) x

= [ 18 x 3 -6 t x 2 + t 2 x ] 0 1

= 18 1 3 -6 t 1 2 + t 2 1 - ( 18 0 3 -6 t 0 2 + t 2 0 )

= 181 -6 t 1 + t 2 - ( 180 -6 t 0 +0)

= 18 -6 t + t 2 - (0+0+0)

= t 2 -6t +18 +0

= t 2 -6t +18

Diesen Fläscheninhalt können wir ja auch als Funktion in Abhängigkeit von t sehen: A(t)= t 2 -6t +18 . Man kann schnell erkennen, dass der Graph dieser Funktion eine nach oben geöffnete Parabel ist. Somit hat der Graph von A genau einen Tiefpunkt als Extrempunkt.

Diesen Tiefpunkt können wir also recht einfach bestimmen, indem wir die Ableitung A'(t) = 0 setzen und so die einzige Extremstelle erhalten:

A'(t)= 2t -6

2t -6 = 0 | +6
2t = 6 |:2
t = 3

t = 3 ist somit Minimumstelle von A.

Den minmalen Flächeninhalt erhalten wir dann, wenn wir dieses t = 3 in A(t) einsetzen:
A(3 ) = 3 2 -63 +18 = 9 .