Eine Integralfunktion untersuchen
AFB I–IIGegeben ist die Integralfunktion \(I(x)=\int_0^x(t^2-2t)\,\mathrm dt\).
- Geben Sie einen integralfreien Term für \(I\) an.
- Berechnen Sie die Nullstellen von \(I\).
- Untersuchen Sie \(I\) auf Extrempunkte, ohne \(I\) abzuleiten.
- Deuten Sie \(I(3)=0\) geometrisch.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(I(x)=\big[\tfrac13t^3-t^2\big]_0^x=\tfrac13x^3-x^2\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(x=0\) (doppelt) und \(x=3\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(f(t)=t(t-2)\) wechselt bei 0 von + nach − (Hochpunkt \((0|0)\)) und bei 2 von − nach + (Tiefpunkt): \(I(2)=\tfrac83-4=-\tfrac43\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Fläche zwischen Graph und Achse auf \([0;2]\) (unter der Achse, \(\tfrac43\)) ist genauso groß wie die auf \([2;3]\) (über der Achse). Die orientierten Flächen heben sich auf.
Hin und her auf der Schiene
AFB II–IIIEin Wagen fährt auf einer geraden Schiene. Seine Geschwindigkeit ist \(v(t)=3t^2-12t+9\) (in m/s, \(t\) in s, \(0\le t\le4\)).
- Bestimmen Sie \(\int_0^4v(t)\,\mathrm dt\).
- Interpretieren Sie das Ergebnis im Sachzusammenhang.
- Ermitteln Sie den insgesamt zurückgelegten Weg.
- Nehmen Sie Stellung zu der Aussage: „Das Integral der Geschwindigkeit ist immer der gefahrene Weg.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(64-96+36=4\,\mathrm m\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Nach 4 s steht der Wagen 4 m vom Start entfernt (in Fahrtrichtung). Das ist die Verschiebung, nicht der gefahrene Weg.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(s(t)=t^3-6t^2+9t\): \(s(1)=4\), \(s(3)=0\), \(s(4)=4\). Weg: \(4+4+4=12\,\mathrm m\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Nur wenn \(v\) nie negativ wird. Fährt der Wagen zurück, heben sich Vorwärts- und Rückwärtsteile im Integral teilweise auf. Allgemein: Weg \(=\int|v(t)|\,\mathrm dt\), Verschiebung \(=\int v(t)\,\mathrm dt\).
