[Mathe] Hilfe benötigt bei der Bestimmung der Tangenten?

2 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet
Nun bin ich mir aber unsicher, was unter „Untersuchen Sie“ gemeint ist.

Es muss auf jeden Fall eine Herleitung mit den Mitteln der Mathematik erfolgen.

"Ich sehe sofort..." würde ich nicht dazu zählen, obwohl es tatsächlich offensichtlich ist. So bleibt entweder eine rechnerische oder eine graphische Herleitung.

Bei der graphischen Herleitung könnte man so vorgehen:

Es gibt nur 3 Möglichkeiten, eine Tangente einzuzeichnen, die sowohl durch A(0/1) geht als auch den Graphen von g(x) berührt und nicht echt schneidet, siehe Skizze:

Bild zum Beitrag

Was meint ihr, muss ich es auch noch rechnerisch zeigen, dass es wirklich drei Tangente an Kg gibt?

Ich fürchte ja. Als Korrektor würde ich aber auch die graphische Untersuchung gelten lassen.

Könnt ihr mir vielleicht die rechnerische Bestimmung genau erklären?

Ansatz der Tangentengleichung:
t(x) = mx + 1

Für die Tangente gilt im Berührpunkt:
m = g'(x)

daraus folgt für den Berührpunkt:
t(x) = g'(x) * x + 1 = (-2x^3 + 6x)x + 1
t(x) = -2x^4 + 6x^2 + 1

Der Berührpunkt muss sowohl auf der Tangente als auch auf dem Graphen von g(x) liegen. Daher schneiden wir die beiden durch Gleichsetzen:
t(x) = g(x)
-2x^4 + 6x^2 + 1 = -0,5 x^4 + 3x^2 + 1

und lösen nach x auf.

(Korrekterweise müsste man ergänzen und hier hat die Musterlösung einen Mangel):

Ein Berührpunkt liegt für alle doppelten Schnittpunkte vor. Daher können nur doppelte Lösungen der Gleichung einen Berührpunkt ergeben. Einfache Lösungen ergeben echte Schnittpunkte mit Durchdringung der beiden Graphen.

Auflösen nach x:
-2x^4 + 6x^2 + 1 = -0,5 x^4 + 3x^2 + 1 ∣ -1
-2x^4 + 6x^2 = -0,5 x^4 + 3x^2 ∣ + 0,5x^4
-1,5x^4 + 6x^2 = 3x^2 ∣ - 3x^2
-1,5x^4 + 3x^2 = 0
x^2 (3 - 1,5x^2) = 0

erste doppelte Nullstelle bei x = 0
zugehörige Tangentengleichung:
m = g'(0) = 0
t(x) = 0*x + 1
t(x) = 1

Weitere Nullstellen:
3 - 1,5x^2 = 0
1,5 x^2 = 3
x^2 = 3/1,5 = 2

Auch hier handelt es sich wegen des Quadrates um eine doppelte Nullstelle, womit ein Berührpunkt vorliegt:
x = ±√2

Lösung: es gibt mögliche 3 Berührpunkte und damit 3 mögliche Tangenten. Eine davon hat die Gleichung:
t(x) = 1


 - (rechnen, Funktion, Gleichungen)
maennlich2002 
Fragesteller
 19.04.2024, 18:46

Wow! Einfach nur wow! Sehr hilfreich 🤩 Vielen lieben Dank :-) Hättest du solche Lösungsvorschläge verfasst, hättest du hier fast keine einzige Frage von mir.

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maennlich2002 
Fragesteller
 25.04.2024, 22:26

Warum handelt es sich auch um einen Berührpunkt, wenn man bei x^2 zwei verschiedene Werte für x erhält? Bis jetzt kannte ich es nur, dass es sich um einen Berührpunkt handelt, wenn man ein einziges Ergebnis erhält, wenn man x^2 auflöst. Beispiel: x^2 = 0 -> x1/2 = 0 (doppelte Nullstelle / Berührpunkt). Beim Auflösen von x^2 = 2 erhält man ja x1 = +Wurzel2 und x2 = -Wurzel2. Hierbei bin ich immer davon ausgegangen, dass es sich um einfache Nullstellen handelt.

Hierfür habe ich mir ein Beispiel in Form einer Funktion ausgedacht, um dir genau zu zeigen, was ich nicht so ganz verstehe (den Teil in deiner Antwort oben: „Auch hier handelt es sich wegen des Quadrates um eine doppelte Nullstelle, womit ein Berührpunkt vorliegt.“):

f(x) = x^2 (x^2 - 2)

x^2 = 0

x1/2 = 0 (doppelte Nullstelle / das Schaubild von Kf berührt die x-Achse bei x = 0)

x^2 - 2 = 0

x^2 = 2

x3 = +Wurzel2 (einfache Nullstelle / das Schaubild von Kf schneidet die x-Achse bei x = +Wurzel2)

x4 = -Wurzel2 (einfache Nullstelle / das Schaubild von Kf schneidet die x-Achse bei x = -Wurzel2)

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Hamburger02  26.04.2024, 17:16
@maennlich2002

Du hast Recht. Ich ziehe mein Argument in diesem Fall mit der doppelten Nullstelle zurück. Die Eigenschaft des Berührpunktes wurde ja bereits mit der Bedingung

m = g'(x)
daraus folgt für den Berührpunkt:
t(x) = g'(x) * x + 1 = (-2x^3 + 6x)x + 1
t(x) = -2x^4 + 6x^2 + 1

ausreichend "eingepreist".

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maennlich2002 
Fragesteller
 26.04.2024, 17:20
@Hamburger02

Vielen lieben Dank für deine Rückmeldung.

Nehmen wir mal an, du möchtest dennoch nur die doppelten Nullstellen berechnen, dann ist das aber doch keine doppelte Nullstelle, wie du sagtest:

Auch hier handelt es sich wegen des Quadrates um eine doppelte Nullstelle, womit ein Berührpunkt vorliegt:
x = ±√2

Da habe ich ja ein Beispiel dazu in meinem Kommentar hier genannt.

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maennlich2002 
Fragesteller
 26.04.2024, 17:29
@Hamburger02

Okay, dann sind das einfache Nullstellen, wenn man eine Wurzel zieht und zwei verschiedene Ergebnisse erhält. Das hatte mich nämlich echt ein bisschen verwirrt.

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f(x) = -1/2*x⁴ + 3*x² + 1

Die allgemeine Tangentengleichung am Punkt a lautet

t(x) = f'(a)*(x-a) + f(a)

t(x) = (-2*a³ + 6*a)*(x-a) + -1/2*a⁴ +3*a² + 1

Für mögliche Tangenten muss gelten:

t(0) = 1

t(0) = (-2*a³ + 6*a)*(-a) + -1/2*a⁴ +3*a² + 1

t(0) = 3/2*a⁴ - 3a² + 1

Daraus folgt:

3/2*a⁴ - 3a² + 1 = 1

3/2*a⁴ - 3a² = 0

Das gilt für:

a = 0

a = -sqrt(2)

a = +sqrt(2)