0 Daumen
524 Aufrufe

318B5749-8234-43C6-A5BF-4E4A226CA783.jpeg

Text erkannt:

Für ein Freizeitbad wird ein Whirlpool geplant (siehe Skizze).
a) Wie lauten die Gleichungen der beiden Randfunktionen \( \mathrm{f} \) und \( \mathrm{g} \) ? \( \mathrm{F} \) und \( \mathrm{g} \) haben den gemeinsamen Punkt \( \mathrm{P}(4 \mid 2) \). Beide Funktionen lassen sich vereinfacht als Parabeln darstellen.
b) Wieviel Liter Wasser fasst der \( 1,5 \mathrm{~m} \) tiefe Whirlpool?


Avatar von

1 Antwort

0 Daumen
 
Beste Antwort

Aloha :)

zu a) Die Funktion \(f\) ist eine nach unten geöffnete Parabel mit dem Scheitelpunkt \((0|4)\)$$f(x)=-ax^2+4\quad;\quad a>0$$und dem Punkt \((4|2)\):$$2=f(4)=-16a+4\implies-16a=-2\implies a=\frac{1}{8}$$

Die Funktion \(g\) ist eine nach oben geöffnete Parabel mit dem Scheitelpunkt \((0|0)\), die aber an den Seiten etwas abflacht. Nach einem Hinweis von hj2166, nehmen wir dafür eine Parabel 4-ten Grades an$$g(x)=bx^4+cx^2\quad;\quad b>0$$Sie enthält den \((4|2)\) und läuft an den Seiten in einer waagerechten Tangente aus:$$2=g(4)=256b+16c\implies 128b+8c=1$$$$0=f'(4)=\left(4bx^3+2cx\right)_{x=4}=256b+8c=0$$Wir subtrahieren die erste Gleichung von der zweiten und finden:$$(256b+8c)-(128b+8c)=-1\implies 128b=-1\implies b=\frac{-1}{128}\implies c=\frac{32}{128}=\frac{1}{4}$$Die beiden Funktionen lauten also:$$\underline{\underline{{f(x)=-\frac{1}{8}x^2+4\quad;\quad g(x)=-\frac{1}{128}x^4+\frac{1}{4}x^2}}}\quad;\quad x\in[-4|4]$$

~plot~ -x^2/8+4 ; -1/128*x^4+x^2/4 ; [[-4|4|0|5]] ~plot~

zu b) Die Tiefe des Pools beträgt \(1,5\,\mathrm m\). Uns fehlt noch die Fläche:

$$F=\int\limits_{-4}^4\left(f(x)-g(x)\right)dx=\int\limits_{-4}^4\left(-\frac{x^2}{8}+4+\frac{x^4}{128}-\frac{x^2}{4}\right)dx=\int\limits_{-4}^4\left(\frac{x^4}{128}-\frac{3x^2}{8}+4\right)dx$$$$\phantom{F}=\left[\frac{x^5}{640}-\frac{x^3}{8}+4x\right]_{-4}^4=2\left(\frac{1024}{640}-8+16\right)=19,2$$

Das Volumen des Pools fasst daher:$$V=19,2\,\mathrm{m^2}\cdot1,5\,\mathrm m=28,8\,\mathrm{m}^3=28\,800\,\ell$$In den Pool passen 28800 Liter Wasser.

Avatar von 152 k 🚀

Passe deinen Parabel-Begriff dem des Aufgabenstellers an und erhalte V = 28800 l

Danke für den Hinweis ;)

Ich habe jetzt eine "Parabel" 4-ten Grades für die untere Funktion angenommen. Das passt auf jeden Fall besser zu dem Bild.

Ein anderes Problem?

Stell deine Frage

Willkommen bei der Mathelounge! Stell deine Frage einfach und kostenlos

x
Made by a lovely community