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ich komme bei folgender Aufgabe nicht weiter. Hat jemand einen Lösungsweg bzw. die Lösung?


Aufgabe:

Berechnen Sie den Inhalt der Fläche, die vom Graphen von f, der Normalen im Punkt P und der x-Achse begrenzt wird.

f(x)=ex-1
P(1|e-1)


LG,

Luis.

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Hallo Luis,

mache Dir zunächst eine Skizze:

~plot~ exp(x)-1;{1|exp(1)-1};-exp(-1)(x-1)+exp(1)-1;[[-2|8|-2.5|4.5]] ~plot~

dann sieht man, dass da zwei Flächenstücke sind. Das erste unter der Funktion \(f(x)\) im Intervall \([0..1)\) und das zweite Stück unter der Geraden. Diese Gerade geht durch \(P(1|e-1)\) und hat die Steigung der Normalen von \(f(x)\) im Punkt \(x=1\). Ist die Steigung der Funktion \(f'(x)\), so ist die Steigung \(m\) der Normalen

$$m = \frac{-1}{f'(x)} \quad f'(x)=e^{x}$$

(falls Du dazu Fragen hast, so frage bitte nach). Damit lautet die Geradengleichung \(g(x)\)

$$g(x)= \frac{-1}{e^1}(x-1) + e - 1= -e^{-1}x +(e + e^{-1}-1)$$

Der Schnittpunkt \(x_0\) dieser Geraden mit der X-Achse ist

$$g(x_0) = -e^{-1}x_0 +(e + e^{-1}-1) = 0 \quad \Rightarrow x_0=e^2-e+1 \approx 5,67$$

Damit haben wir alle Größen um das Integral aufzustellen. Die Fläche \(F\) ist

$$F = \int_0^1 e^x -1 \space \text{d}x + \int_1^{e^2-e+1} -e^{-1}x +(e + e^{-1}-1) \space \text{d}x$$

Das erste Stück ist

$$ \int_0^1 e^x -1 \space \text{d}x = \left. e^x - x \right|_0^1 = e - 2$$

und das zweite Stück ist ein rechtwinkliges Dreieck mit den Kathetenlängen \(e-1\) und \(e^2-e\). Demnach ist die Gesamtfläche

$$F = e-2 + \frac{1}{2}(e-1) (e^2-e) = \frac{e^3}{2} - e^2 + \frac32 e - 2 \approx 4,731$$

Und wenn Du das zweite Flächenstück noch 'richtig' integrieren möchtest, so sieht das so aus:

$$ \int_1^{e^2-e+1} -e^{-1}x +(e + e^{-1}-1) \space \text{d}x = \left. -\frac12 e^{-1} x^2 + (e + e^{-1}-1)x\right|_1^{e^2-e+1}$$

$$\space = -\frac12 e^{-1} (e^2-e+1)^2 + (e + e^{-1}-1)(e^2-e+1) + \frac12 e^{-1} - (e + e^{-1}-1)$$

$$\space = \frac12 (e + e^{-1}-1)(e^2-e+1) + \frac12 e^{-1} - (e + e^{-1}-1)$$

$$\space = (e + e^{-1}-1) \left( \frac12(e^2-e+1) -1 \right) +\frac12 e^{-1}$$

usw. es kommt das gleiche raus, wie oben (ich muss jetzt abbrechen)

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Hallo Werner,
die rechte Teilfläche ist doch nur noch ein
Dreieck mit dem Flächeninhalt
( 5.67 - 1 ) * ( e -1 ) / 2

Hallo Georg,

das ist richtig und genau das steht auch oben im Text. Zitat: "... und das zweite Stück ist ein rechtwinkliges Dreieck mit den Kathetenlängen ..." Die anschließende Integration habe ich nur der Vollständigkeit halber hingeschrieben.

Hallo Werner,

gut, dann ist das geklärt.

Zur Erheiterung

Reisetip des Tages von unserem Leser Klaus C. aus K.

Wenn ich in New York bin jogge ich immer nur im Central Park. Unten am Hudson ist es mir zu windig.


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