Extremwertaufgaben mit Nebenbedingungen?

3 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Hallo,

im Grunde interessiert hier nur das Dreieck SQR, denn die Fläche darunter ist ein Trapez, dessen Maße gegeben sind.

Das bedeutet: Ist dieses Dreieck maximal, ist es auch das ganze Fünfeck.

Das Fläche des Dreiecks berechnet sich aus der halben Grundseite, also |PQ|/2, die sich nicht ändert, und der Höhe R, die von u abhängig ist.

Ist die Höhe, also der Abstand R zur Strecke PQ maximal, ist es auch die Dreiecksfläche und damit auch die Fünfecksfläche.

Wo ist der größte Abstand? Da, wo eine Tangente an die Kurve die gleiche Steigung hat wie die Gerade, die durch P und Q geht. Die ist aber leicht zu bestimmen:

y=mx+b. b ist der y-Achsenabschnitt, also 4, während m das Verhältnis vom vertikalen Abstand SQ zum horizontalen Abstand ist.

Vertikaler Abstand gleich 4-f(5)=4-2,75=1,25=5/4.

Horizontaler Abstand ist 5.

m=(5/4):5=1/4. Da die Gerade aber von links nach rechts fällt, gehört noch ein Minus vor 1/4. Daher ist m=-1/4 und die Geradengleichung lautet y=4-(1/4)x.

Die Tangente muß auch die Steigung -1/4 haben.

Du leitest also einfach die Funktion ab, setzt die Ableitung =-1/4 und löst nach x auf. Das ist dann der gesuchte Wert für u. Einsetzen in die Funktionsgleichung ergibt f(u). Der letzte Schritt ist aber unnötig, da ja nur nach dem u gesucht wird, für das der Flächeninhalt maximal wird. Nach der Größe der Fläche ist nicht gefragt, mit bekanntem u aber leicht zu ermitteln aus Trapez plus Dreieck.

Herzliche Grüße,

Willy

Willy1729  01.12.2022, 20:04

Vielen Dank für den Stern.

Willy

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Die Fläche besteht aus 2 Trapezen, also ist allg.:

A = ((a_1 + c_1) / 2) * h_1 + ((a_2 + c_2) / 2) * h_2

Berücksichtigt man die gegebenen Koordinaten und die gegebene Funktion, gilt:

A(u) = ((4 + f(u)) / 2) * u + ((f(u) + 2,75) / 2) * (5 - u) → Max.

mit f(u) = -0,05 * u³ + u + 4

DasAlpakaLama 
Fragesteller
 24.11.2022, 19:29

Könnte ich mit der Funktion A(u) dann direkt die Extremstellenermittlung beginnen?

Woher kommt die +2,75 ?

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gauss58  24.11.2022, 19:33
@DasAlpakaLama

Q (5│f(5))

f(5) = -0,05 * 5³ + 5 + 4 = -6,25 + 5 + 4 = 2,75

A hängt von u ab und kann - nach einsetzen von f(u) - direkt abgeleitet werden.

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das ist der Ansatz

A(u) = ((4 + f(u)) / 2) * u + ((f(u) + 2,75) / 2) * (5 - u)

Nun musst du die beiden f(u) Teile durch -0,05x³+x+4 ersetzen . Du bekommst also ein Fkt vierten Grades mit u als Variabler .

Dann "normal" ableiten usw

Viel Schreibkram und man muss konzentriert sorgfältig sein

DasAlpakaLama 
Fragesteller
 24.11.2022, 19:48

Das hab ich sogar tatsächlich schonmal versucht - noch bevor ich die Frage gestellt habe - aber dachte aufgrund des riesigen Aufwands, dass ich etwas falsch gemacht hätte...meine Lösung dabei war -0,025u⁴-0,125u³+0,5u²+6,5+3,125

Kam mir irgendwie nur sehr riesig vor...und später bei der Extremstellenermittlung ging irgendwie auch nichts mehr

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DasAlpakaLama 
Fragesteller
 24.11.2022, 19:52
@DasAlpakaLama

Edit: Ach, moment! Ich hab damals ja den ursprünglichen Ansatz etwas anders gehabt - daher der Fehler...Ich versuche es nochmal😅

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Halbrecht  24.11.2022, 19:53
@DasAlpakaLama

na ja , ich rechne das nicht nach , aber wenn ich mir das so anschaue ,sollte eigentlich was wegfallen und es sollte doch nur Grad 3 übrig sein . Dann ist f'(u) nur noch grad 2 und gut machbar

.

 ((4 + f(u)) / 2) * u + ((f(u) + 2,75) / 2) * (5 - u)

vor PLUS f(u) * u und hinten f(u) * -u

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