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Aufgabe: Eine Rennstrecke wird durch die Funktion -1/2*x^2+4 dargestellt.

Bei Aquaplaning wird ein Rennwagen geradlinig, tangential aus der Kurve getragen und landet in Punkt (0/6).


Bestimmen Sie die Koordinaten des Punktes, an dem der Wagen die Strecke verlassen hat


Problem/Ansatz: f(x)= -1/2*x^2+ 4

Steigungskurve f'(x)= -x

Tangente t: y=m*x+t

Auf der Tangente liegt Punkt 0/6 → t: 6=m*0 +t

                                                                 t=6


t: y= - x+6 ab jetzt weiß ich nicht mehr weiter.

Die Tangente kommt mit schon komisch vor. Und wie komme ich drauf, wo es den Rennfahrer rausträgt ?

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Aloha :)

Wir suchen den Abflugpunkt \(A(x_0|f(x_0))\), an dem die Funktion$$f(x)=-\frac{x^2}{2}+4$$eine Tangente hat, die den Punkt \(P(0|6)\) enthält.

Allgemein lautet die Tangente an eine Funktion \(f(x)\) an der Stelle \(x_0\) so:$$t(x)=f(x_0)+f'(x_0)\cdot(x-x_0)$$Wir setzen \(f(x)\) und ihre Ableitung \(f'(x)=-x\) ein:$$t(x)=\underbrace{\left(-\frac{x_0^2}{2}+4\right)}_{=f(x_0)}+\underbrace{(-x_0)}_{=f'(x_0)}\cdot(x-x_0)$$

Diese Tangene soll den Punkt \(\pink{P(0|6)}\) enthalten, das heißt:$$\pink{6}=t(\pink0)=\left(-\frac{x_0^2}{2}+4\right)-x_0\cdot(\pink0-x_0)=-\frac{x_0^2}{2}+4+x_0^2=\frac{x_0^2}{2}+4\implies$$$$12=x_0^2+8\implies x_0^2=4\implies x_0=\pm2$$

Die Aufgabe ist nicht eindeutig lösbar, denn wir erhalten 2 mögliche Abflugpunkte:$$A_1(-2|2)\quad\text{und}\quad A_2(2|2)$$

~plot~ -x^2/2+4 ; {0|6} ; 2+2*(x+2) ; 2-2*(x-2) ; {-2|2} ; {2|2} ; [[-4|4|-1|7]] ~plot~

Da wir nicht wissen, ob der Rennwagen im Uhrzeigerinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn fährt, können wir nicht entscheiden, welcher der beiden möglichen Abflugpunkte der gesuchte ist.

Avatar von 152 k 🚀

@ubuser: ziehe den roten Punkt mit der Maus auf die Position \(P=(0|\,6)\)

https://www.desmos.com/calculator/jpltnrdhf3

+1 Daumen

\(f(x)=- \frac{1}{2}x^2+4 \)

\(P(0|6)\)

\( \frac{y-6}{x-0}=m \)

\( y=mx+6 \)

\(-\frac{1}{2}x^2+4=mx+6 \)

\(-\frac{1}{2}x^2-mx=2 |\cdot (-2)\)

\(x^2+2mx=-4\)

\(x^2+2mx+m^2=-4+m^2\)

\((x+m)^2=-4+m^2  |±\sqrt{~~}\)

\(x+m=±\sqrt{-4+m^2}\)

Berührpunkt bei Determinate 0:

\(±\sqrt{-4+m^2}=0\)

\(m_1=2\)

\(m_2=-2\)

1.Tangente:

\( y=2x+6 \)

2.Tangente:
\( y=-2x+6 \)

Punkt, wo der Wagen die Straße verließ:

\(x+m=0\)

\(x_1=-2\)       \( y_1=2 \)

\(x_2=2\)          \( y_2=2 \)

Unbenannt.JPG

Noch ein Weg:

\(f(x)=- \frac{1}{2}x^2+4 \)

\(f'(x)=- x \)

\( y=(- x)\cdot x+6=-x^2+6 \)

\(- \frac{1}{2}x^2+4=-x^2+6 \)

\( \frac{1}{2}x^2=2 \)

\( x^2=4 \)

\( x_1=-2 \)    \( y(-2)=-(-2)^2+6=2 \)

\( x_2=2 \)      \( y(2)=-(2)^2+6=2 \)

Unbenannt.JPG



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