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Aufgabe:

Steckbriefaufgabe
a) In einem Labor wird die Wachstums geschwindigkeit einer Pflanze untersucht. Dabei werden in einem sechswochigen Beobachtungsintervall folgende Werte erfasst:

Zum Beginn und am Ende der Beobachtung beträgt die Wachstums geschwindigkeit
o cm/Woche .
Die größte Wachstumsgeschwindigkeit wird nach zwei Wochen erreicht.
Zum Beobachtungsbeginn beträgt die Zunahme der Wachstumsgeschwindigkeit
4,5 cm/Woche pro Woche

Stellen Sie eine Funktionsgleichung dritten Grades auf, welche das Wachstumsgeschwindigkeit der Pflanze modelliert (t in Wochen, f(t) in cm/Woche).


Problem/Ansatz:

Moin

Naja ich bin ehrlich...ich bin eine Dumme Nuss wenn es um Mathe geht und komme hier einfach nicht weiter. Ich bin gerade mal soweit den rechnerischen Ansatz zu kennen. Hab jetzt : f(x) = a*x^3 + b*x^2 +c *x + a aufgeschrieben in der Hoffnung vor der Mathe Klausur nächste Woche noch was zu reißen aber...naja es ist hoffnungslos! Ich wäre ehrlich megaaaaaa erleichtert wenn mir jemand helfen könnte der mehr mathematisches Wissen beherrscht als ich es tue.

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Achte darauf, dass du den Koeffizienten a nicht zweimal verwenden darfst. Am Ende sollte statt des a ein d stehen.

1 Antwort

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Hallo Fajna,

...ich bin eine Dumme Nuss wenn es um Mathe geht

sag das nicht! In der Schulmathematik besteht die Lösung der Probleme im wesentlichen im richtigen Abschreiben. Du hast schon die Funktion und auch die Ableitung sollte kein Problem sein $$f(t)=at^3+bt^2+ct +d \\ f'(t)=3at^2+2bt+c $$

Dabei werden in einem sechswochigen Beobachtungsintervall folgende Werte erfasst:

$$t_{\text{end}} = 6 $$

Zum Beginn und am Ende der Beobachtung beträgt die Wachstums geschwindigkeit 0 cm/Woche

$$f(0) = 0 \implies d = 0 \\ f(t_{\text{end}} = 6) = 0 \quad (1)$$

Die größte Wachstumsgeschwindigkeit wird nach zwei Wochen erreicht.

$$f'(2) = 0 \quad (2)$$

Zum Beobachtungsbeginn beträgt die Zunahme der Wachstumsgeschwindigkeit 4,5 cm/Woche pro Woche

$$f'(0) = 4,5 \implies c = 4,5$$ damit bleiben nur die Koeffizienten \(a\) und \(b\) unbekannt. Aber dafür haben wir noch die Gleichungen \((1)\) und \((2)\). Da setzen wir alles ein, was wir bis jetzt haben (jetzt wieder richtig abschreiben!)$$f(6) = a\cdot 6^3 + b\cdot 6^2 + 4,5\cdot 6 = 0 \\ f'(2)= 3a\cdot 2^2+2b\cdot 2+4,5 = 0 \\$$Lösung ist \(a=0,125\) und \(b=-1,5\). Und so sieht die Funktion aus

~plot~ 0,125x^3-1,5x^2+4.5x;4,5x;[[-3|8|-2|7]] ~plot~

Die rote Gerade zeigt die Steigung vom Beginn der Messungen \(f'(0)=4,5\)

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Danke danke für die Beantwortung meiner Frage. Mega lieb von dir. Ich wollte noch fragen inwiefern du den jetzt darauf gekommen bist das 4,5 nun z.B der Koeffizienten c ist? Gibt es da ne bestimmte Reglung für? Außerdem bin ich mir noch unsicher wie den nun a und b berechnet werden? Mit dem Gleichungssystem?

LG

Fajna

inwiefern du den jetzt darauf gekommen bist das 4,5 nun z.B der Koeffizienten c ist?

richtig abschreiben! Es geht hier doch um die Veränderung am Anfang, also ist die Ableitung relevant. Und die ist (s.o.)$$f'(t)=3at^2+2bt+c$$'Am Anfang' heißt \(t=0\) und der Wert der Veränderung am Anfang ist \(f'(0)=4,5\). So jetzt nur einsetzen und abschreiben:$$f'(0) = 3a\cdot 0^2+2b\cdot 0 +c = 4,5$$Jetzt musst Du das erste Mal ein wenig rechnen: \(3a \cdot0^2 = 0 \) und \(2b\cdot 0 = 0\) - war jetzt nicht schwer - oder? Und nochmal abschreiben:$$f(0) = 0 + 0 + c = 4,5 \implies c = 4,5$$

Außerdem bin ich mir noch unsicher wie den nun a und b berechnet werden?

Es bleiben zwei Gleichungen mit den beiden Unbekannten \(a\) und \(b\). Die erste Gleichung kann man gleich durch \(6\) dividieren, dann bleibt $$a\cdot 6^2 + b\cdot 6 + 4,5 = 0 \\ 3a\cdot 2^2+2b\cdot 2+4,5 = 0 $$Jetzt sortiert man das so, dass die Unbekannten untereinander stehen und auf der linken Seite und alles andere auf der rechten Seite.$$36a + 6b  = -4,5 \\ 12a + 4b = -4,5$$Jetzt gibt es mehrere Möglichkeiten. Hier ist \(36a\) ein Vielfaches von \(12a\). Dann bietet sich das Subtraktionsverfahren an. Ich multipliziere die zweite Gleichung mit \(3\)$$36a + 6b  = -4,5 \\ 36a + 12b = -13,5$$und ziehe die erste von der zweiten Gleichung ab. $$6b = -9$$Nach Division durch \(6\) bleibt \(b=-1,5\).

Das kannst Du nun in eine der obigen Gleichungen einsetzen und \(a\) berechnen. Falls Du noch Fragen hast, so melde Dich bitte.

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