Gegeben sind die inRdefinierten Funktionenfaundgamit
fa(x)=−250ax4+251x3,a∈R,a>0 sowie ga(x)=fa(x)−53x.
Abbildung 1 zeigt den Graphen vong1.
Abbildung 1
Die Tangente tfa an den Graphen von fa im Punkt (a5fa(a5)) hat die Steigung a21, die Tangente tga an den Graphen von ga im Punkt (a5ga(a5)) hat die Steigung 5a25−3a2.
Der Schnittpunkt dieser beiden Tangenten wird mit Sa bezeichnet.
Weisen Sie nach, dass Sa für jeden Wert von a auf der y-Achse liegt. (3 P)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Tangente an Graph
Weise nach, dass Sa für jeden Wert von a auf der y-Achse liegt
Tangentengleichungen
1. Die Tangente tfa an den Graphen von fa im Punkt (a5fa(a5)) hat die Steigung a21.
Berechne die beiden Tangentengleichungen und vergleiche den y-Achsenabschnitt.
Die Gerade mit der Gleichung x=a5 schneidet tfa im Punkt Fa und tga im Punkt Ga. Das Dreieck SaGaFa hat für keinen Wert von a einen rechten Winkel beim Punkt Sa.
[Nachweis nicht erforderlich]
Untersuchen Sie, für welche Werte von a∈R mit a>0 das Dreieck SaGaFa rechtwinklig ist. (5 P)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Dreieck
Untersuche, für welche Werte von a∈R mit a>0 das Dreieck SaGaFa rechtwinklig ist
Die Tangentengleichung lautet tfa:y=a21⋅x−a32,5.
Die Steigung dieser Tangente ist a21und für a>0 ist die Steigung größer null.
Die Gerade mit der Gleichung x=a5 steht senkrecht zur x-Achse. Deshalb kann sich im Punkt Fa kein rechter Winkel befinden.
Der rechte Winkel kann nur im Punkt Ga sein.
Die Tangentengleichung lautet: tga:y=(a21−53)⋅x−a32,5.
Die Steigung dieser Tangente ist a21−53.
Setze diese Steigung gleich null und löse nach a auf:
a21−53=0⇒a2=35⇒a1,2=±35
Wegen a>0 erhält man die Lösung a=35.
Für diesen Wert von a ist das Dreieck SaGaFa rechtwinklig.