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"Eine Cremedose hat einen Radius r = 2.82cm und eine Höhe h = 1.2cm. Sie enthält 30cm3 Creme bei voller Füllung. Überprüfen Sie die Wirtschaftlichkeit der Verpackung, d.h. geringstmöglicher Materialvebrauch bei gleichem Volumen."

die Aufgabe oben bereitet mir kopfzerbrechen. wie geht man an sowas ran?

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Beste Antwort

Die kleinste Oberfläche bei gegebenem Volumen hat ein Zylinder, dessen Durchmesser genau so groß ist wie die Höhe. Das ist bei der Cremedose nicht gegeben. Von daher ließe sich die Oberfläche noch minimieren.

Avatar von 488 k 🚀

Danke für die Antwort.

Ich bin auf die richtige Lösung gekommen. Ich habe drei Fragen zum allgemeinen Verständnis:

1. Gehe ich recht in der Annahme, dass das Minimieren hier nur deshalb funktioniert, weil unsere Oberflächenfunktion quadratisch und positiv und somit eine nach oben offene Parabel ist?

Hier meine Oberflächenfunktion:$$O_D(x) = 2\pi x^2+\frac {60}{x}$$(Folglich ist der Scheitelpunkt "unten" und stellt unser gesuchtes Minimum dar)

2. Ist es richtig, dass wir bei einer Funktion höheren Grades (zum Beispiel dritten Grades) für eine beliebige, ähnliche Anwendung das Problem hätten, dass mehrere Extremas bestehen können und die Anwendung möglicherweise nicht maximierbar oder minimierbar ist?

3. Ich verstehe nicht ganz, wo ich selber das gegebene Volumen "eingebaut" habe. Das ist ja notwendig, weil wir das gleiche Volumen behalten möchten.

Wünsche guten Rutsch (aber nicht ausrutschen auf Glatteis... :D )!

3. Ich verstehe nicht ganz, wo ich selber das gegebene Volumen "eingebaut" habe. Das ist ja notwendig, weil wir das gleiche Volumen behalten möchten. 

V = pi·r^2·h

h = v/(pi·r^2)

O = 2·pi·r^2 + 2·pi·r·h = 2·pi·r^2 + 2·pi·r·V/(pi·r^2) = 2·pi·r^2 + 2·V/r

1. Gehe ich recht in der Annahme, dass das Minimieren hier nur deshalb funktioniert, weil unsere Oberflächenfunktion quadratisch und positiv und somit eine nach oben offene Parabel ist?

Die Funktion ist keine Parabel. Sie sieht in etwa wie folgt aus

Bild Mathematik

2. Ist es richtig, dass wir bei einer Funktion höheren Grades (zum Beispiel dritten Grades) für eine beliebige, ähnliche Anwendung das Problem hätten, dass mehrere Extremas bestehen können und die Anwendung möglicherweise nicht maximierbar oder minimierbar ist? 

Eine Funktion ist eigentlich immer maximier oder minimierbar. Das funktioniert nicht immer algebraisch aber über ein Näherungsverfahren bekommt man eigentlich fast immer eine Lösung.

Danke für Deine Antworten!

3. Ich verstehe.

1./2. Der Hintergrund für diese beiden Fragen von mir: Bislang hatte ich Extremas nur in Funktionen ohne "ersichtliche, natursprachlich beschriebene Anwendungen" berechnet. Hierzu hatte ich immer noch die zweite Ableitung bestimmen müssen für die gefundene Extremstelle x0, um zu sehen, ob es sich um ein Minimum oder Maximum handelt. Dies war hier nicht nötig, ich frage mich wieso.

Man überlege sich verschiedene Formen der Dose. Was passiert wenn die Höhe gegen 0 geht und der Radius gegen unendlich. Dann wird die Oberfläche unendlich groß. Was passiert wenn der Radius gegen 0 geht und die Höhe gegen unendlich? Auch dann wird die Oberfläche unendlich groß. Wenn wir also zwischen 0 und unendlich nur eine Extremstelle bekommen, muss das ein Minimum sein, weil die Randwerte gegen unendlich gehen.

Aha, das habe ich glaube ich verstanden. Frohes Korkenziehen und danke!

+1 Daumen

Bild Mathematik

Die Frage ob es sich um ein Minimum oder Maximum handelt
kann auf verschiedene Weisen beantwortet werden.
Hier wurde die Monotonie berechnet.
Nach dem Extrempunkt steigt die Funktion.
Also ist der Extrempunkt ein Minimum.
Es geht auch.
O ´´( r ) = 4 * π  +  120 / r^3 ist > 0
Also Minimum.

Avatar von 123 k 🚀

besten Dank für Deinen Nachtrag, der macht es mir nochmals klarer.

(:

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