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Modellieren und Optimieren

Zwei Sachaufgaben zum Modellieren und Optimieren.

1

Der Rahmen

AFB I–II

Aus einer \(60\,\mathrm{cm}\) langen Holzleiste soll ein rechteckiger Bilderrahmen mit möglichst großer Innenfläche gebaut werden (Breite der Leiste vernachlässigt).

  1. Stellen Sie die Zielfunktion \(A(x)\) für die Breite \(x\) auf.
  2. Bestimmen Sie die Maße mit der größten Fläche.
  3. Nennen Sie den sinnvollen Bereich für \(x\).

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Halber Umfang für Breite und Länge.
Hinweis zu Aufgabe b)
Nullstellen \(0\) und \(30\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Beide Seiten müssen positiv sein.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Länge \(30-x\), also \(A(x)=x\,(30-x)=-x^2+30x\).

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Scheitel bei \(x=15\): Quadrat mit \(15\,\mathrm{cm}\) Seitenlänge, \(A=225\,\mathrm{cm^2}\).

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

\(0<x<30\).

2

Der Pausenstand

AFB II–III

Die SV verkauft in der Pause Waffeln. Zum Preis von \(1{,}00\,€\) gehen \(120\) Stück weg. Eine Umfrage ergibt: Jede Preiserhöhung um \(0{,}10\,€\) kostet \(8\) Verkäufe. Die Zutaten kosten \(0{,}40\,€\) pro Waffel.

  1. Entwickeln Sie eine Funktion für den Gewinn \(G(x)\) bei \(x\) Preiserhöhungen.
  2. Ermitteln Sie den Preis mit dem größten Gewinn.
  3. Beurteilen Sie, ob die SV den gewinnoptimalen Preis wählen sollte.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Gewinn pro Waffel mal Anzahl.
Hinweis zu Aufgabe b)
Nullstellen der Faktoren, dann Mitte.
Hinweis zu Aufgabe c)
Nicht nur Geld: Wer kauft dann noch?

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

\(G(x)=(0{,}60+0{,}1x)(120-8x)\) in €.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Nullstellen \(x=-6\) und \(x=15\); Mitte \(x=4{,}5\). Ganzzahlig \(x=4\) oder \(5\): \(G(4)=1\cdot88=88\,€\), \(G(5)=1{,}1\cdot80=88\,€\). Preis \(1{,}40\,€\) oder \(1{,}50\,€\).

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Der Gewinn steigt von \(72\,€\) auf \(88\,€\), aber \(32\) bis \(40\) Schüler weniger bekommen eine Waffel. Das Modell beruht auf einer Umfrage und ist unsicher. Ein Kompromiss wie \(1{,}20\,€\) (\(G=83{,}20\,€\)) kann sinnvoll sein.