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  1. 1

    Aufgabe 1

    Gegeben ist die Funktion ff mit der Gleichung f(x)=9xe1,5x,xRf(x)=9 \cdot x \cdot \mathrm{e}^{-1{,}5 \cdot x}, x \in \mathbb{R}.

    Der Graph der Funktion ff ist in Abbildung 1 dargestellt.

    Abbildung 1

    Abbildung 1

    1. Begründen Sie, dass die Funktion ff nur eine Nullstelle besitzt. (2 P)

    2. Untersuchen Sie den Graphen von ff rechnerisch auf lokale Extrempunkte. (5 P)

    3. Der Graph der Funktion ff hat genau einen Wendepunkt.

      Ermitteln Sie die Koordinaten des Wendepunktes. (2 P)

    4. Ermitteln Sie, an welchen Stellen im Intervall [0;6][0 ; 6] der Graph der Funktion ff die größte bzw. die kleinste Steigung hat. (3 P)

  2. 2

    Aufgabe 2

    Die Aufgabe 2 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Gegeben ist die Funktion ff mit der Gleichung f(x)=9xe1,5x,xRf(x)=9 \cdot x \cdot \mathrm{e}^{-1{,}5 \cdot x}, x \in \mathbb{R}.

    Der Graph der Funktion ff ist in Abbildung 1 dargestellt.

    Abbildung 1

    Abbildung 1

    1. Der Graph der Funktion ff, die xx-Achse und die Gerade mit der Gleichung x=6x=6 schließen die Fläche AA ein.

      Ermitteln Sie den Inhalt der Fläche AA. (2 P)

    2. Für jedes 0<u60<u \leq 6 sind O(00),P(60)O(0 \mid 0), P(6 \mid 0) und Qu(uf(u))Q_{u}(u \mid f(u)) die Eckpunkte eines Dreiecks.

      (i) Zeichnen Sie das Dreieck OPQuO P Q_{u} mit u=2u=2 in Abbildung 1 ein. (1 P)

      (ii) Begründen Sie, dass sich der Flächeninhalt des Dreiecks OPQuO P Q_{u} in Abhängigkeit von uu mit der Gleichung AOPQu(u)=3f(u)A_{O P Q_{u}}(u)=3 \cdot f(u) berechnen lässt. (2 P)

      (iii) Begründen Sie ohne weitere Rechnung, für welchen Wert von uu der Flächeninhalt des Dreiecks OPQuO P Q_{u} maximal wird. (2 P)

      (iv) Bestimmen Sie alle Werte von uu, für die das Dreieck OPQuO P Q_{u} einen Flächeninhalt von 4 Flächeneinheiten hat. (2 P)

  3. 3

    Aufgabe 3

    Die Aufgabe 3 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Gegeben ist die Funktion ff mit der Gleichung f(x)=9xe1,5x,xRf(x)=9 \cdot x \cdot \mathrm{e}^{-1{,}5 \cdot x}, x \in \mathbb{R}.

    Für ein zz mit 23<z<43\frac{2}{3}<z<\frac{4}{3} ist der Punkt R(zf(z))R(z \mid f(z)) gegeben. Der Graph der Funktion tt ist die Tangente an den Graphen von ff im Punkt RR. Für x<zx<z wird der Graph von ff betrachtet. Für xzx \geq z wird der Graph von tt betrachtet. Abbildung 2 veranschaulicht diese Situation für das Beispiel z=0,9z=0{,}9.

    Die betrachteten Graphen der Funktionen ff und tt schließen mit der xx-Achse die in Abbildung 2 schraffiert dargestellte Fläche ein. Der Wert von zz kann mithilfe der folgenden Bedingungen so bestimmt werden, dass diese Fläche einen Flächeninhalt von 4 Flächeneinheiten hat:

    I: t(z)=f(z)\quad t(z)=f(z)

    II: t(z)=f(z)\quad t^{\prime}(z)=f^{\prime}(z)

    III: 0zf(x)  dx+zct(x)  dx=4\displaystyle\int_{0}^{z} f(x)\; \mathrm{d} x+\int_{z}^{c} t(x)\; \mathrm{d} x=4, wobei cc die Nullstelle von tt ist.

    Abbildung 2

    Abbildung 2

    1. (i) Begründen Sie die Wahl der Bedingungen I und II. (2 P)

      (ii) Erläutern Sie die linke Seite der Gleichung in Bedingung III. (2 P)

    2. Aus den Bedingungen folgt z0,9428z \approx 0{,}9428. [Nachweis nicht erforderlich.]

      (i) Bestimmen Sie für z=0,9428z=0{,}9428 rechnerisch eine Gleichung der Funktion tt, deren Graph die Tangente an den Graphen von ff im Punkt R(zf(z))R(z \mid f(z)) ist. (3 P)

      (ii) Ermitteln Sie die Nullstelle dieser Funktion tt. (1 P)

  4. 4

    Aufgabe 4

    Die Aufgabe 4 ist eine Fortsetzung der Aufgabe 1.

    Gegeben ist die Funktion ff mit der Gleichung f(x)=9xe1,5x,xRf(x)=9 \cdot x \cdot \mathrm{e}^{-1{,}5 \cdot x}, x \in \mathbb{R}.

    Für k>0k>0 ist die Funktion jj mit der Gleichung j(x)=4k2xekxj(x)=4 \cdot k^{2} \cdot x \cdot \mathrm{e}^{-k \cdot x} für xRx \in \mathbb{R} gegeben.

    Setzt man k=1,5k=1{,}5 in den Funktionsterm von jj ein, so erhält man den Funktionsterm von ff.

    Setzt man k=2,6k=2{,}6 in den Funktionsterm von jj ein, so erhält man den Funktionsterm der Funktion gg mit g(x)=42,62xe2,6xg(x)=4 \cdot 2{,}6^{2} \cdot x \cdot \mathrm{e}^{-2{,}6 \cdot x}.

    Abbildung 3

    Abbildung 3

    1. Die Graphen der Funktionen ff und gg schneiden sich nur im Koordinatenursprung und in einem weiteren Punkt SS.

      (i) Bestimmen Sie die Koordinaten des Hochpunkts des Graphen von gg und des Schnittpunkts SS der Graphen von ff und gg. (2 P)

      (ii) Skizzieren Sie mithilfe dieser Punkte den Graphen der Funktion gg in Abbildung 3.

      (3 P)

    2. Setzt man einen bestimmten Wert von kk in den Funktionsterm von jj ein, so erhält man den Funktionsterm der Funktion hh, deren Graph in Abbildung 3 dargestellt ist.

      Geben Sie ohne weitere Rechnung einen Schätzwert für diesen Wert von kk an. (1 P)


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