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Tropfen Aufgabe mit Matura-/Abiturniveau

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Aufgabe

Die folgende Skizze zeigt die Kurve k mit der Gleichung y = (1- x) V~ x  im Intervall 0 < x < 1  . Die Kurve k bildet zusammen mit ihrem Spiegelbild k’ eine zur x-Achse symmetrische Figur.


  1. Wie gross ist der Winkel a  bei der Spitze S?
  2. Welches ist die grösste Breite (parallel zur y-Achse gemessen) des Tropfens?
  3. Bei der Rotation der Kurve k um die x-Achse entsteht ein 3-dimensionaler tropfenförmiger Körper. Wie gross ist sein Volumen?
  4. Diesem Körper wird ein Kreiskegel mit der Spitze im Ursprung und der Höhe h auf der x-Achse einbeschrieben (vgl. Skizze). Für welche Höhe h wird das Volumen des Kegels maximal?

Lösung

  1. a = 90o ; Aus Steigung der Tangente an die Kurve bei x = 1  lässt sich der halbe gesuchte Winkel berechnen.
  2. d  ~~  0.7698  ; Der y-Wert des Hochpunktes entspricht der halben Tropfendicke.
  3. V  ~~  0.2618  ; Das Integral für den Rotationskörper ist V = p . integral 1(1- x)2 .xdx
        0  .
  4. h = 0.5  ; Es ist das Maximum der Volumenformel V(h) = 13f2(h) .p.h  zu bestimmen.