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  1. 1

    Aufgabe 1

    Die Funktion f ist gegeben durch die Gleichung

    f(x)=(x35)ex,x.

    Der Graph von f ist in Abbildung 1 dargestellt.

    Abbildung 1

    Abbildung 1

    1. Berechnen Sie die Gleichung der Tangente an den Graphen von f im Punkt P(1|f(1)), ohne dabei an Funktionsgraphen abgelesene Werte oder Zusammenhänge zu verwenden. (3 P)

    2. Der Graph von f besitzt genau eine Extremstelle und drei Wendestellen.

      Berechnen Sie die Wendestellen der Funktion f auf drei Nachkommastellen gerundet. (3 P)

    3. Für z>0 ist Pz(z|f(z)) ein Punkt auf dem Graphen von f. Er bildet zusammen mit dem Koordinatenursprung O(0|0) und dem Punkt Qz(z|0) ein Dreieck OPzQz.

      Bestimmen Sie den Flächeninhalt des Dreiecks OPzQz, wenn für Pz der Tiefpunkt des Graphen von f gewählt wird. (3 P)

  2. 2

    Aufgabe 2

    Die Aufgabe 2 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Die Funktion f ist gegeben durch die Gleichung f(x)=(x35)ex,x.

    Zwischen dem Graphen der Funktion f und der x-Achse liegt im 3. und 4. Quadranten eine Fläche mit endlichem Flächeninhalt, die nach links unendlich ausgedehnt ist.

    Diese Fläche ist in Abbildung 2 schraffiert dargestellt.

    Abbildung 2

    Abbildung 2

    1. (i) Bestimmen Sie den Inhalt dieser Fläche gerundet auf drei Nachkommastellen.

      (1 P + 2 P)

      (ii) Die y-Achse teilt diese Fläche in zwei Teilflächen.

      Ermitteln Sie das Verhältnis der zugehörigen Flächeninhalte. (3 P)

    2. Für z0 hat die Gleichung 0zf(x)dx=0 genau eine Lösung.

      Bestimmen Sie diese Lösung und interpretieren Sie die Lösung geometrisch.

      (2 P + 3 P)

    3. Die Punkte O(0|0),N(5|0),Y(0|5) bilden ein Dreieck ONY. Der Graph der Funktion f verläuft teilweise innerhalb des Dreiecks und schließt mit der Seite NY eine Fläche A ein.

      (i) Zeichnen Sie die Fläche A in Abbildung 3 ein. (2 P)

      [Hinweis: Abbildung 3 ist identisch mit Abbildung 1.]

      (ii) Bestimmen Sie den Flächeninhalt der Fläche A. (4 P)

      (iii) Ermitteln Sie die beiden Punkte auf dem Graphen von f, in denen die Tangente parallel zur Seite NY verläuft. (3 P)

      Abbildung 3

      Abbildung 3

  3. 3

    Aufgabe 3

    Die Aufgabe 3 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Die Funktion f ist gegeben durch die Gleichung f(x)=(x35)ex,x.

    Gegeben ist die Schar der in definierten Funktionen fk durch die Funktionsgleichung

    fk(x)=(x3+k)ex mit k.

    Die Funktion f5 stimmt mit der Funktion f überein.

    Die folgende Abbildung 4 zeigt drei Graphen der Schar GI,GII,GIII für drei verschiedene Parameter kI,kII,kIII.

    Abbildung 4

    Abbildung 4

    1. Geben Sie die zugehörigen Parameter an. (2 P)

    2. Begründen Sie, dass jede Funktion fk der Schar genau eine Nullstelle hat. (2 P)

    3. Für die Ableitungsfunktion fk gilt:

      fk(x)=(x3+3x2+k)ex,x;k.

      Um die Abhängigkeit der Anzahl der Extremstellen der Funktion fk vom Parameter k näher zu betrachten, wird die Funktion hk mit hk(x)=x3+3x2+k auf Nullstellen untersucht.

      Abbildung 5 zeigt den Graphen der Funktion h0 (also k=0).

      Abbildung 5

      Abbildung 5

      (i) Geben Sie anhand von Abbildung 5 die Anzahl der Nullstellen der Funktion hk in Abhängigkeit vom Parameter k an. (2 P)

      (Von einer Berechnung der Nullstellen im Taschenrechner ist abzusehen.)

      (ii) Begründen Sie die Richtigkeit der folgenden drei Aussagen:

      S1: Für jedes k>0 hat die Funktion fk genau eine Extremstelle. (2 P)

      S2: Es gibt keine Funktion fk, die mehr als drei Extremstellen hat. (1 P)

      S3: Es gibt keine Funktion fk, die genau zwei Extremstellen hat. (2 P)


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