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Hallo, ich verzweifle an folgender Aufgabe aus der Vorbereitung für das Zentralabitur 2020.

Gegeben: f(x) = x². g(x) = -x² + k. Bestimmen Sie k so, dass die Fläche zwischen den Graphen genau 1 FE beträgt.

Egal wie ich rangehe, ich habe immer entweder meine Schnittpunkte der Funktionen in Abhängigkeit von einem unbekannten K, oder aber ein K in Abhängigkeit vom unbekannten X. Ich erkenne, dass beide Parabeln ihren Scheitelpunkt bei x=0 haben und die Fläche somit von der Y-Achse halbiert wird. Die Werte von Ober- und Untergrenze, sprich den Schnittpunkten der Funktionen unterscheiden sich somit nur durch das Vorzeichen und können z.B. als "b" und "-b" bezeichnet werden. Auch kann ich eine der Grenzen auf x=0 setzen und die gesuchte Fläche auf 0.5 halbieren, da die Fläche ja durch die Y-Achse genau halbiert wird. Trotzdem lande ich immer wieder bei einer Lösung mit einer Abhängigkeit von der zweiten Unbekannten. Hat jemand hierfür eine Lösung?

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Du hast bereits richtig erkannt, dass du nur die Hälfte der Fläche berehchnen musst, damit brauchst du auch nur einen (ich nehmen den positiven/rechten) Schnittpunkt.

Zuerst bestimmst du diesen:

\(f(x)=g(x)\)

\(x^2=-x^2+k\)

\(2x^2=k\)

\(x=\pm\sqrt{\frac{k}{2}}\)

Ich nehme nur \(x=\sqrt{\frac{k}{2}}\)

Gesucht ist:

\(A=2*\int\limits_0^{\sqrt{k/2}}(g(x)-f(x))dx=1\)

Du bildest die Stammfunktionen:

\(F(x)=\frac{1}{3}x^3\)

\(G(x)=-\frac{1}{3}x^3+kx\)

Jetzt kannst du einsetzen:

\(A=2*(G(\sqrt{k/2})-G(0)-(F(\sqrt{k/2}-F(0))))\)

Du erkennst dabei:

\(G(0)=F(0)=0\)

Somit:

\(2*(G(\sqrt{k/2})-F(\sqrt{k/2}))=1\)

\(G(\sqrt{k/2})-F(\sqrt{k/2})=\frac{1}{2}\)

Jetzt setzt du in die Stammfunktionen ein:

\(-\frac{1}{3}(\sqrt{k/2})^3+k\sqrt{k/2}-\frac{1}{3}(\sqrt{k/2})^3=0.5\)

Du kannst zusammenfassen:

\(-\frac{2}{3}\sqrt{k/2}^3+k\sqrt{k/2}=0.5\)

Du kannst ausklammern:

\(\sqrt{k/2}(-\frac{2}{3}\sqrt{k/2}^2+k)=0.5\)

Dies vereinfacht sich zu:

\(\sqrt{k/2}(\frac{-k}{3}+k)=0.5\)

\(\sqrt{k/2}\frac{2k}{3}=0.5\)

\(\frac{2}{3}k\sqrt{k/2}=0.5\)

\(k\sqrt{k/2}=\frac{3}{4}\)

Jetzt quadrieren wir beide Seiten sodass weiter aufgellöst werden kann:

\(k^2*\frac{k}{2}=\frac{9}{16}\)

\(\frac{k^3}{2}=\frac{9}{16}\)

\(k^3=\frac{18}{16}\)

\(k=\sqrt[3]{\frac{18}{16}}=\sqrt[3]{\frac{9}{8}}=\frac{\sqrt[3]{9}}{2}\approx1.04\)

 

 

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Nachvollziehbar und besteht die Probe, auch wenn die Aufgabe selbige nicht verlangt. Danke.   ─   vorfilter 23.02.2020 um 19:09

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