Was ist eine geeignete Funktion für die Flugbahn des Balles?

3 Antworten

Die Flugbahn ist eine Parabel, also eine quadratische Funktion.

Allgemeine quadratische Funktion: f(x) = a * x² + b * x + c

Die Funktion hat drei unbekannte Konstanten: a, b, c

Ableitung: f'(x) = 2 * a * x + b

Winkel: alpha = 45° = Pi/4

Wir haben also drei Bedingungen.

  1. Steigung der Funktion: f'(0) = tan(alpha) = 1
  2. Startpunkt: f(0) = 0
  3. Zielpunkt: f(15) = 3.75

Mithilfe der ersten Bedingung können wir den Wert der Variablen b ermitteln.

f'(x) = 2 * a * x + b

f'(0) = 1

b = 1

Nun hat unsere Funktion nur noch zwei unbekannte Konstanten.

f(x) = a * x² + x + c

Mithilfe der zweiten Bedingung können wir den Wert der Variablen c ermitteln.

f(0) = 0

c = 0

Nun hat unsere Funktion nur noch eine unbekannte Konstante.

f(x) = a * x² + x

Mithilfe der dritten Bedingung können wir den Wert der Variablen a ermitteln.

f(x) = a * x² + x

f(x) - x = a * x²

a = (f(x) - x) / (x²)

Für x = 15: f(x) = 3.75

a = (3.75 - 15) / (15²) = -1 / 20

Ergebnis: f(x) = (-1 / 20) * x² + x

Wenn irgendetwas fliegt, 

ist bei Schulmathe die Flugbahn immer eine Parabel.

und das ist f(x) = ax^2 + bx + c 

jetzt braucht man 

a, b und c.

Man überlegt und überlegt und findet , daß der Ball am Punkt ( 0 / 0 ) startet und in ( 15 / 3,75) landet.

Weil es eine Parabel ist , ist die höchste Stelle der Flugbahn in der Mitte bei ( 7,5 / ? ) 

Und weil diese Stelle mathematisch ein Hochpunkt HP ist , gilt f ' ( HP) = 0

f ' ( x) = 2ax + b 

also 0 = 2 a * 7,5 + b (1)

mit ( 0  / 0   ) setzt man 0 = a * 0 ^2 + b * 0 + c >>>> c = 0

mit (15 / 3,75 )  setzt man (ohne c jetzt) 3,75 = a * 15^2 + b + 15.....(2)

nun hat man (1) und (2) und kann daraus a und b bestimmen.

viel arbeit, aber für die Schule lohnt die Arbeit doch immer , oder ?

NoHumanBeing  13.03.2018, 23:09
Weil es eine Parabel ist , ist die höchste Stelle der Flugbahn in der Mitte

Das wäre nur der Fall, wenn Punkt B auf der selben Höhe läge, wie Punkt A.

Nachdem Punkt B allerdings höher liegt, ist der Extrempunkt natürlich nicht auf der Hälfte der Strecke, sondern näher an Punkt B. (Die Funktion ist, ausgehend vom Scheitelpunkt, in Richtung Punkt B noch nicht so weit abgefallen, wie in Richtung Punkt A.)

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Halbrecht  13.03.2018, 23:21
@NoHumanBeing

wenn dem so wäre , dann wäre keine lösung machbar (mit den angaben in der schule ).

die gesamte Flugbahn ist parabelförmig . Da kommt der Ball an jedem Punkt der Parabel vorbei . Nur wird der hier bei (15/3,75) "abgefangen" und dir damit widersprechen ..... aber das wäre falsch ......du liegst richtig . . Dann bleibt bei so wenig Bedingungen ( 2 Punkte) nur noch übrig, daß es sich um f(x) = x² + ax + b handelt (ungwöhnlich) ........ ach ja , oder besser : aus alpha wird die Steigung in ( 0 / 0 ) erschlossen.

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NoHumanBeing  13.03.2018, 23:35
@Halbrecht

Drei Bedingungen, drei Unbekannte.

f(x) = a * x² + b * x + c

Bedingung 1: f'(x) = 0 (Abschuss unter 45°-Winkel.)

Bedingung 2: f(0) = 0 (Startpunkt)

Bedingung 3: f(15) = 3.75 (Zielpunkt)

Drei Gleichungen, drei Unbekannte funktioniert im Allgemeinen.

Lösung siehe meine Antwort. Es ist zugegebenermaßen etwas kompliziert für eine Schulaufgabe, aber es ist tatsächlich machbar, ohne die Bewegungsgleichungen (= Differentialgleichungen) aufzusetzen und zu lösen. Es funktioniert tatsächlich mit elementarer Differentialrechnung.

Wenn man die Ableitung bildet und gleich null setzt, findet man den Extrempunkt (Scheitelpunkt) übrigens bei x = 10, also deutlich hinter der halben Abschussweite.

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Halbrecht  14.03.2018, 00:25
@NoHumanBeing

über die 0 statt der 1 hatte ich mich auch gewundert , war mir aber nicht sicher.

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Physikalisch überlagern sich hier - wenn man, wie üblich, den Luftwiderstand vernachlässigt - die geradlinige Bewegung in 45°-Richtung mit der Abschussgeschwindigkeit und der freie Fall.

Mathematisch ist die Flugbahn eine Parabel.