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Aufgabe:


1. Gegeben sind die Funktionen f und g mit f(x) = (0,5x − 1,5)e^x und g(x) = −e^(−x)  ; x ∈ R. K ist das Schaubild von f, G ist das Schaubild von g. Die Gerade x = z schneidet für 0 ≤  z ≤ 1 die Kurve K in P und die Kurve G in Q. Die Parallelen zu den Koordinatenachsen durch P und Q begrenzen zusammen mit der y-Achse ein Rechteck. Für welchen Wert von z nimmt der Inhalt des Rechtecks ein absolutes Minimum an?


Problem/Ansatz:



Bin hier gerade am verzweifeln ... Habe die Aufgabenstellung verstanden, aber scheitere immer an dem Punkt, dann die Ableitungsfunktion null zu setzen bzw. dort ein Ergebnis rauszubekommen, was im Definitionsbereich liegt.


In der Schule sind wir bis dahin gekommen (sollte definitiv richtig sein):



A'(z) = -e^-z +ze^-z -ze^z -0,5z^2e^z +1,5e^z +1,5ze^z


-ze^z + 1,5ze^z lassen sich dann zu 0,5ze^z zusammenfassen


Nun habe ich folgendes probiert (Ausklammern)


(-e^-2z +ze^-2z + 0,5z -0,5z^2 + 1,5) e^z


Danach dachte ich mir, kann ich ja die ersten beiden Elemente Zusammenfassen, da selber Exponent, zu:


-e^-2z + ze^-2z = z


Dann kommt man raus bei:


(z + 0,5z - 0,5z^2 + 1,5) e^z


Wollte dann mit dem linken Teil die Nullstellen der ersten Ableitung, also demnach die Extrempunkte, mit der PQ-Formel berechnen.


In Form gebracht:


z^2 - 3z - 3


Ergebnis kann aber nicht stimmen, da außerhalb des Definitionsbereiches von z (0-2)



Wo liegt mein Fehler?

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Wenn 0≤z≤1, dann sieht das Rechteck so aus

blob.png

und das absolute Minimum wir für z=0 angenommen.

Avatar von 123 k 🚀

Ja genau, das hab ich verstanden. Dass der Wert 0 sein muss leuchtet mir auch ein, möchte das aber rechnerisch auch hinbekommen

Kann mir bitte jemand den dazugehörigen Rechenwege offenbaren? (ausgehend von der Ableitung).


Wäre echt sehr dankbar

Hallo,

das Kriterium, dass die erste Ableitung an der Extremstelle 0 wird, gilt nur für Extremstellen im Inneren des Definitionsbereichs. Bei z=0 liegt ein Minimum für das Problem mit \(z\in [0,1]\). Tatsächlich hat die aufgestellte Funktion aber gar kein Minimum bei z=0, wenn man auch negative z zulässt; deshalb wird auch die erste Ableitung für z=0 nicht 0.

Gruß

Danke, aber wie kann ich dann das Problem lösen bzw. Rechnerisch den Wert 0 herauskriegen?

Funktionswerte der lokalen Extrema mit Funktionswerten an den Rändern des Definitionsbereichs vergleichen.

Das heißt konkret?

Würde das wie gesagt gerne rechnerisch lösen

Habe mir das ganze gerade nochmal angeschaut. Man müsste eigentlich auch durch das Ableiten auf 2 lokale Extremstellen kommen, da der Graph nach den Extremstellen jeweils steigt / fällt.


Würde sich jemand mal bitte die Mühe machen und versuchen, die Ableitung zu lösen? Denke da liegt irgendwo mein Fehler

Nein, dein Fehler liegt in deiner Verbohrtheit.

Wenn eine Funktion in einem Intervall keinerlei lokale Extremstellen besitzt, kannst du mit deinem Ableitungsgedöns auch nichts finden.

Diese lokalen Extremstellen gibt es doch aber?!


Die Zielfunktion lautet: -ze^-z - 0,5z^2e^z + 1,5ze^z


Lass dir das gerne mal zeichnen, es gibt Extremstellen bei x= 0 und x = 2 (2 liegt außerhalb des Definitionsbereiches, 0 aber nicht!)


Besser gesagt liegt bei 0 das Minimum.


Das möchte ich aber nun auch rechnerisch nachweisen ...

Diese lokalen Extremstellen gibt es doch aber?!


Nein. Bei z=0 ist die Fläche 0 (und erst dort geht es los).

Die Ableiitung dort ist nicht 0.

https://workupload.com/file/7BRrzKyfQwu



Okay, kannst du mir erklären wieso?

Sieht bei mir ganz so aus

Der Tiefpunkt ist nicht bei 0, sondern ca. bei -0,12.

Oh, habe ich gerade auch gesehen.

Was heißt das denn jetzt, ich sollte diesen Tiefpunkt doch jetzt aber dennoch (auch wenn er nicht im Definitionsbereich ist) durch die 1. Ableitung bestimmen können?!


Denke Mal das ist eher ein Fehler von der Aufgabenstellung bzw. mit einer kleinen Toleranz zu betrachten, dass eben bei Ca. X=0 der Tiefpunkt ist. Bisher waren nämlich alle Ergebnisse Teil des Definitionsbereiches

Bisher waren nämlich alle Ergebnisse Teil des Definitionsbereiches

Das hat nur damit zu tun, dass man im Unterricht zu Beginn (wenn die Schüler ein Verfahren lernen sollen) erst einmal Beispiele rechnet, in denen das Verfahren zum Erfolg führt. Dafür braucht man halt etwas Übung an funktionierenden Beispielen.

Erst danach kommt die raue Wirklichkeit: Nicht immer sind die Bedingungen gegeben, dass man ein gelerntes Verfahren ohne nachzudenken durchziehen kann.

Da hast du wohl Recht. Aber wieso verdammt nochmal kann ich denn nicht mit der ersten Ableitung diesen Extrempunkt knapp außerhalb des Definitionsbereiches bestimmen (müsste doch eigentlich Klappen?!)


Habe gesehen, dass wir in den Unterlagen Mal notiert haben, dass wenn der Ergebniswert der Variable außerhalb des Definitionsbereiches ist, man die Randwerte des Definitionsbereiches überprüft, was hier ja dann zu dem Ergebnis führen wurde, dass z=0 annähernd das Minimum ist.



Mir geht es wie gesagt darum, den Extrempunkt durch die Ableitung dennoch herauszufinden, auch wenn er nicht im Definitionsbereich liegt.


Bei dieser Berechnung habe ich einen Fehler. Da würde ich mich freuen,wenn wer drüberschaut

Danach dachte ich mir, kann ich ja die ersten beiden Elemente Zusammenfassen, da selber Exponent, zu:

Was Du da in der folgenden Zeile machst, kann ich nicht nachvollziehen.

Wie man letztlich rechnet ist Geschmackssache, ich würde aber höchstens dann ausmutliplizieren, wenn es sonst nicht weiter geht. Also ich würde rechnen:

$$A(x)=x(-\exp(-x)-(0.5x-1.5)\exp(x))$$

$$A'(x)=(-\exp(-x)-(0.5x-1.5)\exp(x))$$

$$+x(\exp(-x)-0.5\exp(x)-(0.5x-1.5)\exp(x))$$

$$=(x-1)\exp(-x)-\exp(x)(0.5x+(1+x)(0.5x-1.5))$$

Jetzt sehe ich aber keinen Weg, die Gleichung \(A'(x)=0\) analytisch zu lösen, das muss wohl numerisch bearbeitet werden.

Gruß

Alles klar, dann hat sich das erledigt.

Danke

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