Koordinate des Schnittpunkts der Geraden g mit der y-Achse berechnen?

5 Antworten

Schnittpunkt ist S (xS/yS)

bekannt ist xS = 0 

S ( 0 / yS ) 

.

.

Die Fläche 20 (F20) liegt zwischen (unter ) Gerade und f(x) : Die schraffierte , gesuchte

.

F(20) = FGer - Ff(x)

.

Ff(x) kann man mit Int von 0 bis 2 bestimmen.

.

FGer ist ein Trapez mit Fläche 

(16 + yS)/2 * 2 ( die höhe ) 

.

Praktisch

FGer = ( 16+yS ) ( zwei Längen , trotzdem sind es Flächeneinheiten)

.

Also gilt 

20 = 16 + yS - ( int (fx) von 0 bis 2 ) 

.

.

20 = 16 +yS - ( ( -1/4 * x^4 + 6*x² ) von 0 bis 2 ) 

Obergrenze einsetzen , UGrenz fällt wegen 0 weg.

20 = 16 + yS - ( -1/4 * 16 + 6*4)

=

20 = 16 + yS - ( - 4 + 24 )

=

20 = 16 + yS - 20

20 - 16 + 20 = yS = +24

.

Probe : Fläche Trapez ist

(24+16)/2 * 2 = 40

Fläche unter f(x) ist 20

40-20 = 20 .......... passt

gesuchte Fläche=große Fläche minus kleine Fläche

A=Ag-Ak

Ag ist eine Trapezfläche

Ak ist die kleine Fläche unter dem Graphen f(x)=-1*x³-12*x

F(x)=∫(-1*x³+12*x)*dx=-1*∫x³*dx+12*∫x*dx

F(x)=-1/4*x⁴+6*x²+C

A=obere Grenze minus untere Grenze=F(xo)-F(xu) → xu=0 und xo=2

Ak=(-1/4*2⁴+6*2²)-(-1/4*0⁴+6*0²)=20

Ak=20 FE (Flächeneinheiten)

Gerade g(x)=m*x+b integriert

G(x)=1/2*m*x²+b*x+C mit xu=0 und xo=2 muss das Ag=40 FE ergeben

m=(y2-y1)/(x2-x1) → P2(x2/y2) → P2(2/16)

P1(0/b)

m=(16-b)/(2-0)=8-1/2*b

G(x)=1/2*(8-1/2*b)*x²-1/2*b*x+C

A=obere Grenze minus untere Grenze=G(xo)-G(xu) → xu=0 und xo=2

Ag=40=[(4-1/4*b)*2²-1/2*b*2]*(0)

40=... umgestellt nach b ergibt den Schnittpunkt mit der y-Achse.

Den Rest schaffst du selber.

Prüfe auf Rechen-und Tippfehler.

Hinweis:Angenähert kannst du die Aufgabe auch zeichnerisch lösen

1) Gerade auf Millimterpapier zeichnen und dann die große Fläche (Trapezfläche) ausmessen.Die Genauigkeit ist da ca. +/- 2%

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert
Von Experte DerRoll bestätigt

Hallo,

Deine Skizze ist schon mal goldrichtig.

Gesucht wird eine Gerade g(x)=mx+b, für die zwei Bedingungen gelten:

g(2)=16, denn Punkt H (2|16) soll auf dieser Geraden liegen.

Außerdem schließt sie mit der Funktion f(x)=-x³+12x zwischen x=0 und x=2 eine Fläche von 20 FE ein. Die Information, daß die Steigung der Geraden negativ ist, ist eigentlich überflüssig, denn das merkt man am Ende der Berechnung auch, ohne es vorher gewußt zu haben.

Allerdings wird so schon von Beginn an klar, daß es außer H im Intervall [0;2] keine weiteren Schnittpunkte zwischen der Geraden und der kubischen Funktion gibt.

Du fängst natürlich zuerst mit dem gegebenen Punkt H an, indem Du seine Koordinaten in die Geradengleichung einsetzt:

2m+b=16. Nach b aufgelöst ergibt das b=16-2m.

Dieser Ausdruck für b wird nun in die Gleichung der gesuchten Gerade eingesetzt, so daß als einzige Unbekannte m übrigbleibt:

g(x)=mx+16-2m.

Nun geht es an die Flächenberechnung.

Da die Gerade im zu untersuchenden Intervall oberhalb von f(x) verläuft, bilden wir die Differenzfunktion h(x)=g(x)-f(x)=mx-2m+16+x³-12x.

Die soll, wenn sie von 0 bis 2 integriert wird, eine Fläche von 20 FE ergeben.

Wir bilden die Stammfunktion H(x)=0,5mx²-2mx+16x+0,25x^4-6x² und bilden die Fläche H(2)-H(0). Da H(0) 0 ergibt, denn in jedem Term taucht eine Potenz von x als Faktor auf, kannst Du sofort H(2)=20 bilden. Dazu wird für jedes x der Stammfunktion eine 2 eingesetzt.

Du mußt die Differenzfunktion nicht h(x) nennen, sondern kannst ihr auch einen anderen Namen geben. Wichtig ist nur, daß man für die kubische Funktion, die Gerade und die Differenzfunktion zwischen beiden unterschiedliche Bezeichnungen benutzt, damit es nicht zu Verwechslungen kommt.

2m-4m+32+4-24=20

-2m=8

m=-4.

Da b=16-2m und m=-4:

b=16+8=24.

Die Geradengleichung lautet demnach g(x)=-4x+24, wobei 24 der gesuchte y-Achsenabschnitt ist.

Von Experte Willy1729 bestätigt

Du mußt für die Funktion

g(x) = mx + b

zunächst m in Abhängigkeit von b so bestimmen das g_m(2) = 16.

Dann die Funktion

h(x) = g_m(x) - f(x)

formal (also in Abhängigkeit von m) von 0 bis 2 integrieren und m so bestimmen dass das Integral 20 ergibt. Dann mittels dieses m b bestimmen, das ist genau der gesuchte Wert für den y-Achsenabschnitt.

Die Aufgabe ist durchaus kompliziert.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Dipl.Math.

Chris9637 
Fragesteller
 04.06.2021, 19:29

Das verstehe ich so nicht

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Halbrecht  04.06.2021, 20:03
@Chris9637

ich auch nicht :) mach dir nix draus .........aber ich weiß auch nicht , ob ihr nicht die Versionen von 'DerRoll und Willy1729 kennen müsst.

Meine ist eher etwas handwerklicher ,nicht so abtrakt und echt mathematisch.

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Halbrecht  04.06.2021, 19:32

Kompliziert vor allem , weil da Teufel Trapez mit den Hufen kratzt :)) wie war noch mal die Flächenformel dafür ? m*h/2 oder nur m*h ?

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Halbrecht  04.06.2021, 19:57
@DerRoll

ja , so wie du das machst nicht . .

dafür verstehe ich den ersten Teil bei dir auch nicht

Du mußt für die Funktion g(x) = mx + b
zunächst m in Abhängigkeit von b so bestimmen das g_m(2) = 16..

.

.

16 = m*2 + b 

heißt das bloß

b (also die Integrationsgrenze ) ist 

= 16 - 2m ? 

.

Und dann weiter wie beschrieben ? 

.

Und dann von 

16-2m bis 2 integrieren ? 

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DerRoll  04.06.2021, 20:00
@Halbrecht

nein, h(x) = mx + 16 - 2m - f(x) von 0 bis 2 integrieren. Das hängt von m ab und dann wird das Ergebnis = 20 gesetzt und nach m aufgelöst.

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Halbrecht  04.06.2021, 20:01
@DerRoll

wenn diese Fähigkeiten jetzt schon in der Schule gefordert werden ,dann muss es Bayern sein .

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DerRoll  04.06.2021, 20:02
@Halbrecht

Weiß ich nicht, darüber hat uns der Fragesteller im Unklaren gelassen. Meine Tochter macht gerade die Fachhochschulreife, da kommt so was noch nicht dran. Schauen wir mal was nächstes Jahr noch dazu kommt.

Ich habe lediglich geschrieben wie ich an die Frage heran gehen würde.

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Halbrecht  04.06.2021, 20:04
@DerRoll

Ja , wenigstens ist es gut , dass der FS ( wenn es ihn noch interessiert ) beide Versionen kennt : Meine mehr handwerklich und die echt mathematische.

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wieso gehst du davon aus, dass g eine Tangente an f sein soll?


Willy1729  04.06.2021, 19:57

Wegen der negativen Steigung kann man nur davon ausgehen, daß H im Bereich zwischen x=0 und x=2 der einzige Schnittpunkt zwischen der Kurve und der Geraden ist. Eine Tangente an H müßte darüber hinaus eine Steigung von 0 besitzen, da H ein Hochpunkt ist.

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