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Kurven, senkrechte Tangenten und ein Rotationskörper Aufgabe mit Matura-/Abiturniveau

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Aufgabe

Gegeben ist die Funktion f(x) =-1 .x.(x -7k)
      k3  mit dem Parameter k > 0  .

  1. Skizziere den Graph der beiden Kurven mit k = 1  und k = 2  im gleichen Koordinatensystem. Wie gross ist die ausschliesslich von diesen Kurven eingeschlossene Fläche.
  2. Für welchen Wert von k stehen die Tangenten in den beiden Nullstellen der Funktion f(x)  senkrecht aufeinander?
  3. Zeige, dass die von der Kurve und der x-Achse eingeschlossene Fläche unabhängig vom Parameter k ist.
  4. Die beschriebene Fläche rotiere um die x-Achse. Berechne das Volumen des entstehenden Rotationskörpers.

Lösung

  1. A = 31.5  . Schnittpunkte der Kurven S1(0 |0)  und S2(6|- 6)
  2.       V~ -
k = ±  7  . Nullstellen bei x1 = 0  und x2 = 7k  . Um die Bedingung ’senkrecht’ gerecht zu werden, müssen die Ableitungen in den Nullstellen die Gleichung f'(0) = --'1---
        f (7k)  erfüllen.
  3. Das bestimmte Integral  integral 7k1 2   7
0  k3x - k2x dx  ist unabhängig vom Parameter k.
  4. V = p  integral 7kf2(x)dx  ~~  560.233.1 .p
      0                   k