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B2

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  1. 1

    B2 Aufgabe 1

    Gegeben ist die in R\mathbb{R} definierte Funktion ff mit f(x)=127x343xf(x)=\frac{1}{27} x^{3}-\frac{4}{3} x. Ihr Graph GfG_{f} hat den Wendepunkt (00)(0 \mid 0).

    1. Begründen Sie, dass GfG_{f} symmetrisch bezüglich seines Wendepunktes ist.

      Bestimmen Sie die Koordinaten der Schnittpunkte von GfG_{f} mit den Koordinatenachsen.

      (1 P + 2 P)

    2. Bestimmen Sie den Wert des Integrals bbf(x)  dx,bR,b>0\displaystyle\int_{-b}^{b} f(x)\;\mathrm{d} x, b \in \mathbb{R}, b>0, und erklären Sie das Ergebnis. (1 P + 2 P)

    3. GfG_{f} hat zwei Extrempunkte.

      Zeigen Sie, dass einer der beiden ein Tiefpunkt mit der xx-Koordinate 12\sqrt{12} ist. (3 P)

    4. Bestimmen Sie eine Gleichung der Tangente t an GfG_{f} im Punkt P(6f(6))P(6 \mid f(6)).

      [Zur Kontrolle: t:y=83x16.]\left.t: y=\frac{8}{3} x-16.\right] (3 P)

    5. (i) Ermitteln Sie den Inhalt der Fläche, die GfG_{f} und tt einschließen. (1 P + 3 P)

      (ii) Die von GfG_{f} und tt eingeschlossene Fläche wird durch die yy-Achse in zwei Teilflächen unterteilt.

      Ermitteln Sie den Anteil der linken Teilfläche an der von GfG_{f} und tt eingeschlossenen Gesamtfläche. (2 P)

  2. 2

    B2 Aufgabe 2

    Gegeben ist die in R\mathbb{R} definierte Funktion ff mit f(x)=127x343xf(x)=\frac{1}{27} x^{3}-\frac{4}{3} x. Ihr Graph ist GfG_{f}.

    Aus GfG_{f} werden in drei Schritten neue Graphen erzeugt. Die drei Schritte sind:

    • Spiegeln an der xx-Achse.

    • Verschieben um 66 in positive xx-Richtung.

    • Verschieben um 1414 in positive yy-Richtung.

    Jeder Schritt wird genau einmal ausgeführt, nur die Reihenfolge kann verändert werden. Es wird jeweils nur der neue Graph nach Ausführung aller drei Schritte betrachtet.

    1. Geben Sie an, wie viele verschiedene neue Graphen aus GfG_{f} auf diese Art erzeugt werden können.

      Begründen Sie Ihre Angabe.

  3. 3

    B2 Aufgabe 3

    Gegeben ist die in R\mathbb{R} definierte Funktion ffmit f(x)=127x343xf(x)=\frac{1}{27} x^{3}-\frac{4}{3} x. Ihr Graph ist GfG_f.

    Aus GfG_f werden in drei Schritten neue Graphen erzeugt. Die drei Schritte sind:

    • Spiegeln an der x-Achse.

    • Verschieben um 6 in positive x-Richtung.

    • Verschieben um 14 in positive y-Richtung.

    Wird GfG_{f} den drei Schritten in der angegebenen Reihenfolge unterzogen, so entsteht der Graph der in der Aufgabe 3 betrachteten Funktion gg.

    Abbildung 1 zeigt den Graphen der in R\mathbb{R} definierten Funktion gg mit g(x)=127x(x6)(x12)+14g(x)=-\frac{1}{27} x \cdot(x-6) \cdot(x-12)+14.

    In einem Modell, das aus langjährigen Messungen gewonnen wurde, beschreibt gg für 0x<120 \leq x<12 den Verlauf der Tagesdurchschnittstemperatur an einem bestimmten Ort. Dabei ist xx die seit einem bestimmten Tag des Kalenderjahres vergangene Zeit in Monaten und g(x)g(x) die Temperatur in C{ }^{\circ} \mathrm{C}.

    Graph von g

    Abbildung 1

    1. Ermitteln Sie, wie lange die Tagesdurchschnittstemperatur an dem Ort innerhalb eines Jahres über 15C15^{\circ} \mathrm{C} liegt. (2 P)

    2. Geben Sie die Wendestelle von gg an.

      Beschreiben Sie die Bedeutung dieser Wendestelle hinsichtlich des Verlaufs der Tagesdurchschnittstemperatur. (1 P + 1 P)

    3. Die folgenden Rechnungen stellen in Verbindung mit Abbildung 1 die Lösung einer Aufgabe im Sachzusammenhang dar:

      g(x)=0x=612x=6+12.g(6+12)g(612)6,2.\def\arraystretch{1.25} \begin{aligned}& g^{\prime}(x)=0 \Leftrightarrow x=6-\sqrt{12} \vee x=6+\sqrt{12} . \\& g(6+\sqrt{12})-g(6-\sqrt{12}) \approx 6{,}2 .\end{aligned}

      Geben Sie eine passende Aufgabenstellung an und erläutern Sie den dargestellten Lösungsweg. (2 P + 2 P)

    4. Für einen anderen Ort ist der Verlauf der Tagesdurchschnittstemperatur ab einem bestimmten Tag des Kalenderjahres in Abbildung 2 modellhaft dargestellt.

      Abbildung 2

      Abbildung 2

      (i) Begründen Sie, dass eine ganzrationale Funktion zur Modellierung des in Abbildung 2 dargestellten Verlaufs mindestens den Grad 44 haben sollte.

      Der Verlauf soll mithilfe einer ganzrationalen Funktion hh mit

      h(x)=ax4+bx3+cx2+dx+e,xR,a,b,c,d,eRh(x)=a \cdot x^{4}+b \cdot x^{3}+c \cdot x^{2}+d \cdot x+e, x \in \mathbb{R}, a, b, c, d, e \in \mathbb{R}, modelliert werden. Dabei soll xx die seit dem bestimmten Tag des Kalenderjahres vergangene Zeit in Monaten und h(x)h(x) die Tagesdurchschnittstemperatur in C{ }^{\circ} \mathrm{C} sein. (2 P)

      (ii) Bei der Modellierung mit der Funktion hh sollen folgende Bedingungen erfüllt sein:

      Die geringste Tagesdurchschnittstemperatur liegt bei x=1x=1 vor, die höchste Tagesdurchschnittstemperatur von 17C17^{\circ} \mathrm{C} liegt bei x=7x=7 vor. Bei x=10,5x=10{,}5 nimmt die Tagesdurchschnittstemperatur mit einer Rate von 4,2C-4{,}2^{\circ} \mathrm{C} pro Monat am schnellsten ab.

      Stellen Sie aus diesen Bedingungen ein Gleichungssystem zur Berechnung von a,b,c,da, b, c, d und ee auf.

      [Eine Berechnung der Werte muss nicht durchgeführt werden.] (3 P)


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