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Kurvendiskussion und die Fläche eines Dreiecks Aufgabe mit Matura-/Abiturniveau

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Aufgabe

Gegeben ist die Funktion f(x) = t.x + e-x  mit dem Parameter t > 0  .

  1. f(x) ist auf Extremal- und Wendestellen (x-Koordinaten genügen) zu untersuchen. Für welche Werte von t hat die Funktion an der Stelle x = 1  eine Extremstelle?
  2. Wie lautet die Tangentengleichung im Schnittpunkt S der Kurve von f(x) mit der y-Achse? Für welchen Wert von t beträgt der Steigungswinkel dieser Tangente   o
45 ? In welchem Punkt Q schneidet die Normale in S die x-Achse? Für welchen Wert von t beträgt die Entfernung zwischen S und Q  V~ 
 5  Längeneinheiten?
  3. Die Kurve von f(x) mit t = 2  , die Geraden y = 2x, x = - ln2 und x = b  schliessen eine Fläche A ein. Beachte dabei, dass die Gerade y = 2x  die schiefe Asymptote der gegebenen Funktion f(x) ist. Berechne den Inhalt der Fläche A in Abhängigkeit von b. Bestimme den Grenzwert limb-->o o  A(b)  .
  4. Die Gerade x = t  schneidet die Gerade y = tx  im Punkt D und die Kurve von f(x) im Punkt E. Für welches t nimmt der Flächeninhalt des Dreiecks DEF mit F(0 |0)  einen Extremalwert an? Wie gross ist diese extremale Fläche? Zeige, dass es sich bei dieser Fläche um ein Maximum handelt.

Lösung

  1. Extremalstelle bei x = - ln t  . Für t = e- 1  ist die Extremalstelle bei x = 1  . Die Funktion hat keinen Wendepunkt.
  2. Schnittpunkt S(0|0 )  . Tangentengleichung y = (t- 1)x+ 1
    Für t = 2  ist der geforderte Schnittwinkel   o
45 .
    Q( t- 1|0)  . Gleichung der Normale        1
y = - t- 1x + 1.
    t = 3
  3. A(b) = 2 - e- b
    Der Grenzwert ist 2.
  4. maximale Fläche 0.1839. Die Dreiecksfläche A = t.e-2t  ist zu maximieren. Dies liefert t = 1  .