Vom Text zur Funktion
Ein rechteckiges Gehege liegt an einer Hauswand. Für die drei übrigen Seiten gibt es \(20\,\mathrm m\) Zaun. Modellieren heißt: die Situation in eine Funktion übersetzen.
- Variable:\(x\) = Breite des Geheges in m (die beiden Seiten weg von der Wand).
- Nebenbedingung:Länge an der Wand \(=20-2x\), weil der Zaun genau reicht.
- Zielfunktion:Fläche \(A(x)=x\cdot(20-2x)\) in m².
- Sinnvolle Werte:\(0<x<10\) — sonst gibt es kein Gehege.
Ziehe die Ecke \(E\) des Geheges (oder Pfeiltasten) und beobachte die Fläche im Graphen. Mit „Abwickeln“ legst du den Zaun gerade — er bleibt immer \(20\,\mathrm m\) lang.
Halte fest: Der Zaun ist immer gleich lang, die Fläche aber nicht — ihr Graph ist eine nach unten geöffnete Parabel mit dem größten Wert im Scheitel.
Modellieren: Die Situation wird in eine Funktion übersetzt.
Schritte: Variable festlegen, Nebenbedingung aufstellen, Zielfunktion bilden, sinnvolle Werte angeben.
Beispiel Gehege: \(x\) ist die Breite in m, die Länge an der Wand ist \(20-2x\), die Fläche \(A(x)=x\cdot(20-2x)\) mit \(0<x<10\).
Ergebnis: Der Graph ist eine nach unten geöffnete Parabel mit dem größten Wert im Scheitel.
Das Optimum im Scheitelpunkt
Der größte Wert einer nach unten geöffneten Parabel steht in der Scheitelpunktform. Also: umformen.
Herleitung:
- Antwort:\(5\,\mathrm m\) breit, \(20-10=10\,\mathrm m\) lang — höchstens \(50\,\mathrm{m^2}\).
- Kurzer Weg:Nullstellen von \(x\,(20-2x)\) sind \(0\) und \(10\); der Scheitel liegt in der Mitte bei \(x=5\).
Optimieren: Die Zielfunktion \(A(x)=a\,(x-d)^2+e\) mit \(a<0\) hat den größten Wert \(e\) bei \(x=d\).
Vorgehen: In die Scheitelpunktform umformen und den Scheitel ablesen.
Kurzer Weg: Der Scheitel liegt in der Mitte der Nullstellen.
Allgemeine Hinweise
Die Wand braucht keinen Zaun
Nur drei Seiten werden eingezäunt: \(2x+\text{Länge}=20\). Wer vier Seiten ansetzt, bekommt ein anderes Ergebnis.
Frage vollständig beantworten
Gefragt sind oft die Maße und die Fläche. \(x=5\) allein ist noch keine Antwort.
Ergebnis prüfen
Liegt \(x\) im sinnvollen Bereich? Ergeben Breite und Länge zusammen wieder \(20\,\mathrm m\) Zaun: \(5+10+5=20\) ✓.
