Der Übergang einer Schanze
AFB I–IIDer Anlauf einer Sprungschanze verläuft für x ≤ 4 auf der Geraden g(x) = −0,5x + 10. Daran schließt sich für 4 < x ≤ 8 ein Bogen p(x) = ax² + bx + c an, der bei x = 8 waagerecht ist (x und y in m).
- Stelle die Bedingungen für einen differenzierbaren Übergang auf.
- Bestimme p(x).
- Gib den tiefsten Punkt des Bogens an.
- Untersuche, ob der Übergang bei x = 4 krümmungsruckfrei ist.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
p(4) = g(4) = 8, p′(4) = g′(4) = −0,5, p′(8) = 0.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
p′(8) = 16a + b = 0 → b = −16a; p′(4) = 8a + b = −0,5 → −8a = −0,5 → a = 0,0625, b = −1; p(4) = 1 − 4 + c = 8 → c = 11. p(x) = 0,0625x² − x + 11.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
p(8) = 4 − 8 + 11 = 7: tiefster Punkt (8 | 7).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
g″(4) = 0, p″(4) = 0,125 ≠ 0: differenzierbar, aber mit Krümmungsruck — die Springer spüren am Übergang einen plötzlichen Druck.
Ein Knick messen
AFB II–IIIGegeben ist f(x) = x · |x − 2|.
- Stelle f abschnittsweise ohne Betragszeichen dar.
- Weise nach, dass f an der Stelle 2 stetig, aber nicht differenzierbar ist.
- Gib die beiden einseitigen Tangenten im Punkt (2 | 0) an.
- Berechne den Winkel, unter dem sich diese Tangenten schneiden.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
f(x) = −x² + 2x für x < 2 und f(x) = x² − 2x für x ≥ 2.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Beide Terme liefern bei 2 den Wert 0 — stetig. Steigungen: −2x + 2 → −2 und 2x − 2 → 2. Verschieden → Knick, nicht differenzierbar.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Links: y = −2(x − 2) = −2x + 4; rechts: y = 2(x − 2) = 2x − 4.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Steigungswinkel ±63,43°. Die Tangenten schließen 2 · 63,43° = 126,87° ein, also einen spitzen Winkel von 53,13°.
