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Aufgaben

Aufgabe 1

Gegeben ist die Funktion \( f(x) = -x^2 + 4x - 2 \).

a)
Ermittle die Sekantensteigung zwischen den beiden Punkten \( A(2|f(2)) \) und \( B(5|f(5)) \).
b)
Ermittle die momentane Änderungsrate der Funktion an der Stelle \( x = 1 \).
c)
Ermittle die Normalengleichung, die senkrecht zur Tangente an der Stelle \( x = 1 \) verläuft.

Aufgabe 2

Gegeben ist die Funktion \( f(x) = x^2 + 4 \).

a)
Ermittle die Sekantengleichung, die durch die beiden Punkte \( A(0|4) \) und \( B(2|8) \) verläuft.
b)
Ermittle die Tangentengleichung, die an der Funktion an der Stelle \( x = 3 \) anliegt.
c)
Ermittle die Normalengleichung, die senkrecht zur Tangente an der Stelle \( x = 3 \) verläuft.

Aufgabe 3

Gegeben sind die Funktionen \( f(x) = -x^2 + x + 4 \) und \( g(x) = 2x^2 - x + 4 \).

a)
Bestimme den Schnittpunkt beider Funktionen.
b)
Zeige mithilfe der Tangentengleichungen beider Funktionen, die an dem linken Schnittpunkt anliegen, dass die Funktionen sich in einem rechten Winkel schneiden.

Aufgabe 4

Gegeben ist die Funktion \( f(x) = -x^2 + 16 \).

a)
Bestimme die Tangentengleichung der Funktion an der Stelle \( x = 4 \).
b)
Bestimme den Winkel, unter dem die Funktion die x-Achse schneidet.

Aufgabe 5

Gegeben ist die Funktionenschar \( f_k(x) = kx^3 - kx \).

a)
Bestimme die durchschnittliche Steigung zwischen den Punkten \( P_1(2|f_k(2)) \) und \( P_2(5|f_k(5)) \).
b)
Bestimme eine Funktionsgleichung, die senkrecht zur Tangente der Funktionenschar an der Stelle \( x = 1 \) verläuft.
c)
Zeige, dass die Funktionenschar die x-Achse an der Stelle \( x = 1 \) unter dem Winkel \( \tan^{-1}(2k) \) schneidet.

Lösungen

Aufgabe 1

a) \( m = \frac{-7-2}{5-2} = -3 \)

b) \( m = f'(1) = 2 \)

c) Tangente: \( y_T = 2x - 1 \) → Normale: \( y_N = -\frac{1}{2}x + \frac{3}{2} \)

Aufgabe 2

a) \( y_S = 2x + 4 \)

b) \( y_T = 6x - 5 \)

c) \( y_N = -\frac{1}{6}x + 13.5 \)

Aufgabe 3

a) \( f(x) = g(x) \rightarrow x_1 = 0; \, x_2 = \frac{2}{3} \)

b) Tangente an \( f(x) \) an der Stelle \( x = 0 \): \( y_{T,f} = x + 4 \)
Tangente an \( g(x) \) an der Stelle \( x = 0 \): \( y_{T,g} = -x + 4 \)
Es gilt: \( m_{T,g} = -\frac{1}{m_{T,f}} = -\frac{1}{1} = -1 \). Somit ist die Tangente an \( g(x) \) die Normale zu \( f(x) \) und somit schneiden die beiden Funktionen sich in einem rechten Winkel.

Aufgabe 4

a) \( y_T = -8x + 32 \)

b) \( \tan \alpha = -8 \rightarrow \alpha \approx 82,87^\circ \)

Aufgabe 5

a) \( f_k(2) = 6k; \, f_k(5) = 120k \quad m = \frac{120k-6k}{5-2} = 38k \)

b) Tangente: \( y_T = 2kx - 2k \) → \( y_N = -\frac{1}{2k}x + \frac{1}{2k} \)

c) \( \tan(\alpha) = \frac{Gegenkathete}{Ankathete} \)
\( \tan(\alpha) = \frac{2k}{1} \quad |\tan^{-1}| \)
\( \alpha = \tan^{-1}(2k) \)

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