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  1. 1

    Gegeben ist die Funktion f:x↩0,5x2−3x+0,5x2+1f: x\mapsto \dfrac{0{,}5x^2-3x+0{,}5}{x^2+1} mit der maximalen DefinitionsmengDf=RD_f=\mathbb{R}. Der Graph von ff wird mit GfG_f bezeichnet.

    1. Untersuchen Sie die Funktion ff auf Nullstellen.

    2. Geben Sie Art und Gleichung der Asymptote von GfG_f an und bestimmen Sie die Koordinaten möglicher gemeinsamer Punkte des Graphen GfG_f mit seiner Asymptote.

    3. Ermitteln Sie Art und Koordinaten der Extrempunkte von GfG_f.

      [ Mögliches Teilergebnis: fâ€Č(x)=3x2−3(x2+1)2f'(x)=\dfrac{3x^2-3}{(x^2+1)^2} ]

    4. Zeichnen Sie den Graphen GfG_f und seine Asymptote im Bereich −4≀x≀7-4\le x\le 7 in ein kartesisches Koordinatensystem.

    5. Zeigen Sie, dass die Funktion F:x↩0,5x−1,5⋅ln⁡(x2+1)F:x\mapsto 0{,}5x-1{,}5\cdot\ln(x^2+1) mit Df=RD_f=\mathbb{R} eine Stammfunktion von ff ist.

    6. Der Graph der Funktion ff, seine Asymptote und die Gerade mit der Gleichung x=3x=3schließen ein endliches FlĂ€chenstĂŒck ein. Kennzeichnen Sie dieses FlĂ€chenstĂŒck in der Zeichnung der Teilaufgabe 1.d und berechnen Sie die exakte Maßzahl seines FlĂ€cheninhalts.

    7. Es gilt ∫−33(0,5−f(x))dx=0\int_{-3}^{3} (0{,}5-f(x)) \mathrm{d}x=0 (Nachweis nicht nötig!). Deuten Sie dieses Ergebnis geometrisch.

  2. 2

    Gegeben ist die reelle Funktion hh mit h(x)=ln⁡(−x2+2x)h(x)=\ln(-x^2+2x) und der maximalen Definitionsmenge Dh=]0;2[D_h=]0;2[. Ihr Graph wird mit GhG_h bezeichnet.

    1. Bestimmen Sie die Nullstelle von hh. Untersuchen Sie das Verhalten der Funktionswerte von hh an den RĂ€ndern der Definitionsmenge.

    2. Ermitteln Sie die maximalen Monotonieintervalle und bestimmen Sie die Art und Koordinaten des Extrempunktes von GhG_h.

  3. 3

    Die folgende Tabelle gibt die Entwicklung der GesamtlÀnge aller Autobahnen in der Bundesrepublik Deutschland ab dem Jahresende 1950 bis 1990 an.

    (Quelle: Statistisches Bundesamt):

    Bild

    Ausgehend von den Tabellenwerten kann die GesamtlĂ€nge aller Autobahnen ab 1950 modelliert werden durch die reelle Funktion LL mit der Gleichung L(t)=7500⋅aa+e−kt+2000L(t)=\dfrac{7500\cdot a}{a+e^{-kt}}+2000 wobei t≄0t \ge 0. Dabei gibt tt die Zeit in Jahren ab dem Jahresende 1950 und L(t)L(t) die LĂ€nge des Autobahnnetzes in Kilometern an. Bei Berechnungen kann auf die Verwendung von Einheiten verzichtet werden. Runden Sie Ihre Ergebnisse sinnvoll.

    1. Bestimmen Sie mithilfe der Werte aus den Jahren 1950 und 1990 die Werte der Parameter a und k. (4BE)(4 BE)

      [ Ergebnisse: a≈0,017;k≈0,16a\approx 0{,}017; k\approx 0{,}16 ]

    2. Das Modell wird als aussagekrĂ€ftig und realitĂ€tsnah eingestuft, wenn die berechneten Werte von den tatsĂ€chlichen um weniger als 5 % abweichen. Zur ÜberprĂŒfung werden in der folgenden Tabelle die beiden Hilfsfunktionen UU und OO mit U(t)=0,95⋅L(t)U(t)=0{,}95\cdot L(t) bzw. O(t)=1,05⋅L(t)O(t)=1{,}05\cdot L(t) herangezogen.

      Bild

      Übertragen Sie die Tabelle auf Ihr Bearbeitungsblatt und berechnen Sie die fehlenden Werte. Beurteilen Sie, ob das Modell somit die genannten Kriterien erfĂŒllt.

    3. Bestimmen Sie das Jahr, in dem nach diesem Modell die GesamtlĂ€nge von 7500 km ĂŒberschritten wurde.

    4. Berechnen Sie die Wendestelle tWt_W der Funktion LL und geben Sie das zugehörige Jahr an. Verwenden Sie hierzu ohne Nachweis Lš(t)=−0,3264e−0,16t(0,017−e−0,16t)(0,017+e−0,16t)3\ddot{L}(t)=\dfrac{-0{,}3264e^{-0{,}16t}(0{,}017-e^{-0{,}16t})}{(0{,}017+e^{-0{,}16t})^3}. Berechnen Sie außerdem L˙(tw)\dot{L}(t_w) und interpretieren Sie die Ergebnisse im Sachzusammenhang.

    5. Zeichnen Sie den Graphen der Funktion LL fĂŒr 0≀t≀400\le t\le 40 in ein geeignetes Koordinatensystem.

    6. Bestimmen Sie den Grenzwert lim⁥t→−∞L(t)\lim\limits_{t\rightarrow-\infty}L(t) und interpretieren Sie diesen im Sachzusammenhang. TatsĂ€chlich ist die GesamtlĂ€nge aller Autobahnen nach 1990 stĂ€rker angewachsen, als nach dem Modell zu erwarten gewesen wĂ€re. Nennen Sie einen möglichen Grund hierfĂŒr.


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