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Berechnen sie den Inhalt der Fläche die vom Graphen f der Tangente P und der x-Achse begrenzt ist.

f(x)=0.5x^2; P(3/4,5)

Bisheriger Lösungsansatz

Tangentengleichung: t(x) = 3x-4,5

Nullstelle t(x)=1,5 -> Integral f(x) von 0-1,5 ausgerechnet = 0.5625

Integral 1,5 bis 3 f(x)-d(x) = - 12,93-> Hiermit wollte ich die übrige Fläche errechnen

Habe die Beträge dann addiert aber ein völlig falsches Ergebnis bekommen.

Danke für eure Hilfe

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zu berechnen ist


Integral (untere Grenze 0, obere Grenze 3) 0,5*x^2 dx minus Integral (untere Grenze 1,5, obere Grenze 3) 3x-4,5 dx

2 Antworten

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Beide Lösungen ergeben das Gleiche:

|A unter f(x) von 0 bis 1,5| + |A unter (f(x)-t(x)) von 1,5 bis 3| = |A unter f(x) von 0 bis 3| - |A unter t(x) von 1,5 -3|

~plot~ 0,5 x^2; 3x-4,5 ; [[ -1 | 7 | -1 | 5 ]] ~plot~

$$ \begin{aligned} A = \vert \int_{0}^{\frac{3}{2}} f(x) dx \vert + \vert \int_{\frac{3}{2}}^{3} (f(x)-t(x)) dx \vert &=& \vert \int_{0}^{3} f(x) dx \vert - \vert \int_{\frac{3}{2}}^{3} t(x) dx \vert \\ \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} f(x) &=& \frac{1}{2} x^2 \quad&;& \quad F(x)&=&  \frac{1}{6} x^3+c_f \\ t(x) &=& 3 \cdot x - \frac{9}{2} \quad &;& \quad T(x)&=&  \frac{3}{2} x^2-\frac{9}{2} \cdot x + c_t \\ f(x)-t(x)= d(x)&=& \frac{1}{2} x^2 - 3 \cdot x + \frac{9}{2} \quad&;&  \quad D(x)&=& \frac{1}{6} x^3 - \frac{3}{2} \cdot x^2+\frac{9}{2} \cdot x + c_d \\ \end{aligned} $$

$$ \begin{aligned} A &=& \vert \int_{0}^{\frac{3}{2}} f(x) dx \vert + \vert \int_{\frac{3}{2}}^{3} (f(x)-t(x)) dx \vert \\ &=& \vert \left[ \frac{1}{6} x^3+c_f \right]_{0}^\frac{3}{2} \vert + \vert \left[ \frac{1}{6} x^3 - \frac{3}{2} \cdot x^2+\frac{9}{2} \cdot x + c_d \right]_\frac{3}{2}^{3} \vert \\ &=& ... = \frac {9}{8} \\ \\ A &=& \vert \int_{0}^{3} f(x) dx \vert - \vert \int_{\frac{3}{2}}^{3} t(x) dx \vert \\  &=& \vert \left[ \frac{1}{6} x^3+c_f \right]_0^3 \vert - \vert \left[  \frac{3}{2} x^2-\frac{9}{2} \cdot x + c_t \right]_\frac{3}{2}^3 \vert \\ &=& ... = \frac {9}{8} \end{aligned} $$

Bitte nachrechnen. Meine Abschätzung auf den Flächeninhalt anhand der Graphen deckt sich mit dem Ergebnis.

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Wieso 0 - 3/2 und nochmal 3/2 - 3?

Wieso reicht nicht 0 - 3/2 Integral

Man muss die Nullstelle der Tangenten als Grenze benutzen, da man ansonten zu viel Fläche berücksichtigt.

Die Differenzfunktion f(x)-t(x) ist erst ab der Nullstelle interessant, da vorher zur Flächenberechnung bis zur x-Achse allein f(x) ausreicht. Würde man -t(x) vor der Nullstelle noch dazu nehmen, käme der Bereich unterhalt der x-Achse bis zur Tangente auch zur Geltung.

Vielleicht hilft es den Plot einmal einzufärben. Die Fläche unterhalb von f(x) bis zur Nullstelle, die Fläche zwischen f(x) und t(x) von der Nullstelle bis zum Schnittpunkt und die Fläche unterhalb von t(x) ab der Nullstelle bis zum Schnittpunkt. Dabei alle Flächen jeweils von der x-Achse begrenzt.

Das Integral vom Ursprung bis zum Schnittpunkt von f(x) entspräche dann der Summe der drei gefärbten Flächen.

VG

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f(x)=0.5x2; P(3/4,5)

Stammfunktion
0.5 * x^3 / 3
Fläche zwischen 0 und 3
0.5 * 3^3 / 3 = 4.5

Tangentengleichung: t(x) = 3x-4,5
Nullstelle bei x = 1.5

Fläche Dreieck ( siehe Skizze Antwort snoop24 ) zwischen
1.5 und 3
( 3 - 1.5 ) * 4.5 / 2 = 3.375

4.5 - 3.375 = 1.125

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