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Aufgabe:

Tangente und Steigung

Wie lautet die Gleichung der Ursprungstangente von fa(x) = a²x*e^(-ax)?

Für welchen Wert von a hat fa(x)= a²x*e^(-ax) im Ursprung einen Steigungswinkel von 45⁰ bzw. von 60⁰?


Problem/Ansatz:

Hallo, ich bin beim Üben an ein paar Aufgaben gestoßen, wir haben gerade die Funktionenscharen angefangen, ich habe echt Probleme diese Aufgaben zu lösen.
Wenn jemand Zeit und Lust hat, den Vorgang mir verständlich zu erklären, wäre ich sehr dankbar:)

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t(x) = (x-0)*f '(0) + f(0)

Leite fa(x) ab mit der Produktregel und Fakorregel

u= a^2*x -> u' = ...

v= e^(-a x)  -> v' = ...

Für welchen Wert von a hat fa(x)= a²x*e^(-ax) im Ursprung einen Steigungswinkel von 45⁰ bzw. von 60⁰?

f '(0) = tan45° = 1

f '(0) = tan60° = √3

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Aloha :)

Du kannst beim Ableiten den Parameter \(a\) wie eine konstante Zahl behandeln!

Die Tangente an eine Funktion \(f(x)\) an der Stelle \(x_0\) lautet allgemein:$$t(x)=f(x_0)+f'(x_0)\cdot(x-x_0)$$

Hier haben wir es mit einer Funktionenschar zu tun$$f_a(x)=\underbrace{a^2x}_{=u}\cdot\underbrace{e^{-ax}}_{=v}$$deren Ableitung wir mit Produkt- und Kettenregel bestimmen können$$f'_a(x)=\underbrace{a^2}_{=u'}\cdot\underbrace{e^{-ax}}_{=v}+\underbrace{a^2x}_{=u}\cdot\underbrace{\overbrace{e^{-ax}}^{=\text{äußere A.}}\cdot\overbrace{(-a)}^{=\text{innere A.}}}_{=v'}=e^{-ax}\cdot a^2(1-ax)$$sodass wir die Tangentengleichung im Urpsrung \(x_0=0\) formulieren können:$$t_a(x)=\red{f_a(0)}+\green{f'_a(0)}\cdot(x-0)=\red{\underbrace{a^2\cdot0\cdot e^{-a\cdot0}}_{=0}}+\green{\underbrace{e^{-a^2\cdot0}\cdot a^2(1-a\cdot0)}_{=a^2}}\cdot x=a^2\cdot x$$

Die Steigung von \(f_a(x)\) beträgt im Ursprung also \(a^2\), daher können wir die Frage mit den Steigungswinkeln schnell beantworten:$$a^2\stackrel!=\tan(45^\circ)=1\implies a=\pm1$$$$a^2\stackrel!=\tan(60^\circ)=\sqrt3\implies a=\pm\sqrt[4]{3}$$

~plot~ (1^2)*x*e^(-1*x) ; (2^2)*x*e^(-2*x) ; 1*x ; 2^2*x ; [[-1|3|-2|1]] ~plot~

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