Zehn gemischte Aufgaben auf Anforderungsbereich III: Hier wird beurteilt, verallgemeinert und widerlegt. Du arbeitest mit Parametern statt Zahlen, prüfst Behauptungen mit Gegenbeispielen, vergleichst zwei Lösungswege und begründest, warum ein Verfahren an einer Stelle versagt. Fünf Aufgaben sind interaktiv, fünf sind anspruchsvolle Textaufgaben im Klausurformat.
Kriterien beurteilen
Für jedes \(a>0\) ist eine Funktion \(f_a\) gegeben durch \(f_a(x)=x^{3}-3a^{2}x\).
- Bestimme in Abhängigkeit von \(a\) alle Extrempunkte von \(G_{f_a}\).
- Weise nach, dass der Wendepunkt für jedes \(a\) im Ursprung liegt.
- Untersuche, ob es ein \(a\) gibt, für das der Hochpunkt die Höhe \(16\) hat.
- Beurteile die Aussage: „Je größer \(a\), desto weiter liegen Hoch- und Tiefpunkt auseinander — und zwar in beide Richtungen.“
Lösung anzeigen
a) \(f_a'(x)=3x^{2}-3a^{2}=3\,(x-a)(x+a)\;\Rightarrow\;x=\pm a\).
\(f_a''(x)=6x\): \(f_a''(-a)=-6a<0\) (wegen \(a>0\)) ⇒ Hochpunkt; \(f_a''(a)=6a>0\) ⇒ Tiefpunkt.
\(f_a(-a)=-a^{3}+3a^{3}=2a^{3}\), \(f_a(a)=a^{3}-3a^{3}=-2a^{3}\).
b) \(f_a''(x)=6x=0\Leftrightarrow x=0\), und \(f_a''\) wechselt dort das Vorzeichen. \(f_a(0)=0\) für jedes \(a\), also \(W(0\mid 0)\) — unabhängig vom Parameter.
c) \(2a^{3}=16\Leftrightarrow a^{3}=8\Leftrightarrow a=2\). Da \(a=2>0\) zulässig ist, gibt es genau ein solches \(a\); der Hochpunkt lautet \(H(-2\mid 16)\).
d) Die Aussage ist richtig, aber unpräzise formuliert. Der waagerechte Abstand beträgt \(2a\) und wächst linear, der senkrechte Abstand beträgt \(4a^{3}\) und wächst kubisch. Beide wachsen also mit \(a\), aber sehr unterschiedlich schnell: verdoppelt man \(a\), verdoppelt sich der waagerechte Abstand, der senkrechte verachtfacht sich.
2*pi*x^2+2000/x.