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Problem/Ansatz:

Hey. Man sollte von einer gegebenen Funktion die Punkte der Gleichung bestimmen, an denen die Tangente an den Funktionen eine Steigung von -8 besitzen. Anschließend sollte man die Funktionsgleichung der Tangente ermitteln.


Die gegebene Funktion lautet: -x^3+x^2+8x-12
Wie wurde hier unten genau gerechnet? Verstehe das nicht mehr so ganz


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Text erkannt:

\( \begin{array}{l} f(x)=-x^{3}+x^{2}+8 x-12 \\ f^{\prime}(x)=-3 x^{2}+2 x+8 \\ -3 x^{2}+2 x+8=-8 \\ -3 x^{2}+2 x=-16 \\ x^{2}-\frac{2}{3} x=\frac{16}{3} \\ \left(x-\frac{1}{3}\right)^{2}=\frac{16}{3}+\left(\frac{1}{3}\right)^{2}=\frac{48}{9}+\frac{1}{9}=\frac{49}{9} \mid \sqrt{ } \end{array} \)
1.)
\( \begin{array}{l} x-\frac{1}{3}=\frac{7}{3} \\ x_{1}=\frac{8}{3} \quad f\left(x_{1}\right)=\ldots . \end{array} \)
2.)
\( \begin{array}{l} x-\frac{1}{3}=-\frac{7}{3} \\ x_{2}=-2 \quad f(-2)=-(-2)^{3}+(-2)^{2}+ \\ 8 *(-2)-12=-16 \end{array} \)
Tangente bei 2.)
\( \begin{array}{l} \frac{y-(-16)}{x-(-2)}=-8 \\ \frac{y+16}{x+2}=-8 \\ y=-8 x-32 \end{array} \)

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Welche der Zeilen möchtest du denn gerne erklärt haben?

3 Antworten

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Hallo,

Willkommen in der Mathelounge!

Wie wurde hier unten genau gerechnet?

Die Funktion war gegeben:$$f(x)=-x^{3}+x^{2}+8x-12$$und das ist ihre Ableitung$$f'(x)=-3x^2+2x+8$$Nun war nach den Stellen gefragt wo ...

... an denen die Tangente an den Funktionen eine Steigung von -8 besitzen.

Wenn die Tangente dort die Steigung \(-8\) besitzt, dann gilt das auch für die Funktion selber, d.h. dort muss \(f'(x)=-8\) gelten. Das setzt man in die Ableitung ein und berechnet das \(x\)$$\begin{aligned}-3x^2+2x+8&= -8 &&|\,-8\\-3x^2+2x&= -16&& |\,\div(-3) \\ x^2 -\frac{2}{3}x &= \frac{16}{3} &&| \, -\frac{2}{3} = 2a, \quad +a^2 = + \left(-\frac{1}{3}\right)^2 \\ x^2 -\frac{2}{3}x + \left(-\frac{1}{3}\right)^2&= \frac{16}{3} + \left(-\frac{1}{3}\right)^2\\ \left(x-\frac{1}{3}\right)^2 &= \frac{16}{3} + \frac{1}{9}\\\left(x-\frac{1}{3}\right)^2 &= \frac{48}{9} +  \frac{1}{9}\\ \left(x-\frac{1}{3}\right)^2 &= \frac{49}{9} &&|\,\sqrt{}\\ x_{1,2} -\frac{1}{3} &= \pm \sqrt{\frac{49}{9}} = \pm \frac{7}{3} &&|\,+\frac{1}{3}\\ x_{1,2} &= \frac{1}{3} \pm \frac{7}{3}\end{aligned}$$Das was dort in Zeile 3 passiert, nennt man "quadratische Ergänzung". Man sorgt dafür, dass links in der Gleichung der Ausdruck \((x+a)^2 = x^2+2ax+a^2\) steht, so dass im Anschluß die Wurzel gezogen werden kann.

Es gibt also zwei Stellen \(x_1\) und \(x_2\) an denen die Funktion die Steigung \(-8\) hat:$$x_1 = \frac{1}{3} + \frac{7}{3} = \frac{8}{3} \\ f\left(\frac{8}{3}\right) = -\frac{68}{27} \\ x_2 = \frac{1}{3} - \frac{7}{3} = -\frac{6}{3} = -2 \\ f(-2)= -16$$so sieht das graphisch aus:


Anschließend sollte man die Funktionsgleichung der Tangente ermitteln.

Jetzt wurde die Funktionsgleichung für die Tangente durch \((x_2,\,f(x_2)) = (-2,\,-16)\) ermittelt. Ausgangsgleichung ist die Steigung in eben diesem Punkt. Das Verhältnis der Differenz zweier Y-Werte zu der Differenz der zugehörigen X-Werte ist die Steigung. Das \(y\) ist das \(y\) der Tangente:$$\begin{aligned}\frac{y-f(x_2)}{x-x_2} &= f'(x_2) \\ \frac{y-(-16)}{x-(-2)} &= -8\\ \frac{y+16}{x+2} &= -8 && |\,\cdot (x+2)\\ y+16 &= -8(x+2) \\ y+16&= -8x-16 &&|\,-16\\ y&= -8x - 32\end{aligned}$$dies ist die Gleichung der linken Tangente (grün) im Bild oben.

Avatar von 48 k

Toll, Werner!

Du bist ein sehr guter Didaktiker und Pädagoge, wie mir immer wieder auffällt.

Und ein netter Mensch.

Ich schließe mich der Vorrede von ggT22 an.

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Hallo

Wahrscheinlich verwendest du um quadratische Gleichungen zu lösen immer die sog. pq Formel?

die wurde mal hergeleitet mit quadratischer Ergänzung wenn du x^2-2/3x =....

hast kannst du so ergänzen dass di linke Seite zum Quadrat wird

also x^2-2/3x  +(1/3)^2 =....+(1/3)^2

jetzt steht links die binomische Formel für (x-1/3)^2

jetzt wieder klar?

Gruß lul

Avatar von 108 k 🚀
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Alternativ mit dieser Tangentengleichung:

t(x) = (x-x0)*(-8) +f(x0)

x0 = Stelle der Tangenten mit der Steigung m= -8.

Hier: x0= 8/3 bzw. -2

Du kannst auch die abc-Formel verwenden um x1/2 zu ermitteln.

https://www.frustfrei-lernen.de/mathematik/abc-formel.html

Avatar von 39 k

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