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Aufgabe 1A

Auf einer Autobahn entsteht morgens an einer Baustelle häufig ein Stau, der sich dann wieder vollständig auflöst. An einem bestimmten Tag wird die momentane Änderungsrate der Staulänge für 0x40 \leq x \leq 4 mithilfe der in R\mathbb{R} definierten Funktion ff mit f(x)=x(85x)(1x4)2f(x)=x \cdot(8-5 x) \cdot\left(1-\frac{x}{4}\right)^{2} beschrieben.

Dabei gibt xx die nach 06: 00 Uhr vergangene Zeit in Stunden und f(x)f(x) die momentane Änderungsrate der Staulänge in Kilometer pro Stunde (kmh)\left(\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}\right) an.

  1. Nennen Sie die Zeitpunkte, zu denen die momentane Änderungsrate der Staulänge den Wert null hat.

    Begründen Sie anhand der Struktur des Funktionsterms von ff, dass es keine weiteren solchen Zeitpunkte gibt. (5 BE)

  2. Bestimmen Sie den Zeitpunkt, zu dem die Staulänge am stärksten zunimmt.

    Zeigen Sie, dass der zugehörige Wert der momentanen Änderungsrate etwa 2,22{,}2 kmh\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}} beträgt. (4 BE)

  3. Geben Sie den Zeitpunkt an, zu dem der Stau am längsten ist.

    Begründen Sie Ihre Angabe. (4 BE)

  4. Gegeben ist die in R\mathbb{R} definierte Funktion ss mit s(x)=(x4)2(4x)3s(x)=\left(\frac{x}{4}\right)^{2} \cdot(4-x)^{3}. ss ist eine Stammfunktion von ff.

    Der Stau entsteht um 06: 00 Uhr.

    Begründen Sie, dass die folgende Aussage richtig ist:

    Für den Zeitraum von 06: 00 Uhr bis 10: 00 Uhr kann die Staulänge durch die Funktion ss angegeben werden.

    Prüfen Sie, ob sich der Stau um 10: 00 Uhr vollständig aufgelöst hat. (5 BE)

  5. Berechnen Sie die Zunahme der Staulänge von 06:00 Uhr bis 07:30 Uhr und geben Sie für diesen Zeitraum die durchschnittliche Änderungsrate der Staulänge an. (5 BE)

  6. Betrachtet wird die Schar der in R\mathbb{R} definierten Funktionen hkh_{k} mit hk(x)=(x3)k+1h_{k}(x)=(x-3)^{k}+1 und kN,k>0k \in \mathbb{N}, k>0.

    Ermitteln Sie die Koordinaten derjenigen Punkte, die alle Graphen der Schar gemeinsam haben. (4 BE)

  7. Der Graph von h5h_{5} und die Gerade durch die Punkte P(31)P(3 \mid 1) und Q(42)Q(4 \mid 2) schließen zwei Flächenstücke ein.

    Bestimmen Sie das Volumen des Körpers, der entsteht, wenn man diese beiden Flächenstücke um die xx-Achse rotieren lässt. (7 BE)

  8. Beurteilen Sie die Gültigkeit der folgenden Aussage: (6 BE)

    Es gibt genau einen Wert von kk, für den der Graph von hkh_{k}^{\prime} Tangente an den Graphen von hkh_{k} ist.