Abi 2017 Analysis I Teil B

Mathematik (Bayern): Abiturprüfung 2017 Analysis I - Teil B Download der Originalaufgaben - Lösung zum Ausdrucken

Aufgabe 1 Gegeben ist die in IR+ definierte Funktion $h: x \mapsto 3x \cdot (-1 + lnx)$. Abbildung 1 zeigt den Graphen Gh von h im Bereich 0,75 ≤ x ≤ 4. a) Bestimmen Sie die Gleichung der Tangente an Ghim Punkt (e | 0 )und berechnen Sie die Größe des Winkels, unter dem diese Tangente die x-Achse schneidet. (zur Kontrolle: h'(x)= 3 ⋅ lnx) [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] b) Untersuchen Sie das Monotonieverhalten von Gh. Geben Sie den Grenzwert von h für x → +∞ an und begründen Sie, dass [-3;+∞[ die Wertemenge von h ist. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] c) Geben Sie für die Funktion h und deren Ableitungsfunktion h'jeweils das Verhalten für x → 0 an und zeichnen Sie Gh im Bereich 0 ≤ x ≤ 0,75 in Abbildung 1 ein. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] Die Funtkion $h^{*}:x \mapsto h(x)$ mit Definitionsmenge [1;+∞[ unterscheidet sich von er Funktion h nur hinsichtlich der Definitionsmenge. Im Gegensatz zu h ist die Funktion h* umkehrbar. d) Geben Sie die Definitionsmenge und die Wertemenge der Umkehrfunktion von h* an. Berechnen Sie die Koordinaten des Schnittpunkts S des Graphen von h* und der Geraden mit der Gleichung y = x . (Teilergebnis: x-Koordinate des Schnittpunkts: e4/3 ) [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] e)Zeichnen Sie den Graphen der Umkehrfunktion von h* unter Verwendung der bisherigen Ergebnisse, insbesondere der Lage von Punkt S, in Abbildung 1 ein. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] f) Schraffieren Sie in Abbildung 1 ein Flächenstück, dessen Inhalt A0 dem Wert des Integrals $\int_{e}^{x_{s}} (x-h^{*}(x))\,dx$ entspricht, wobei xs die x-Koordinate von Punkt S ist. Der Graph von h* , der Graph der Umkehrfunktion von h* sowie die beiden Koordinatenachsen schließen im ersten Quadranten ein Flächenstück mit Inhalt A ein. Geben Sie unter Verwendung von A0 einen Term zur Berechnung von A an. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden]

Aufgabe 2 Abbildung 2 zeigt den Graphen einer in [0;16] definierten Funktion $V:t \mapsto V(t)$. Sie beschreibt modellhaft das sich durch Zu- und Abfluss ändernde Volumen von Wasser in einem Becken in Abhängigkeit von der Zeit. Dabei bezeichnen t die seit Beobachtungsbeginn vergangene Zeit in Stunden und V(t) das Volumen in Kubikmetern. a) Geben Sie mithilfe von Abbildung 2 jeweils näherungsweise das Volumen des Wassers fünf Stunden nach Beobachtungsbeginn sowie den Zeitraum an, in dem das Volumen mindestens 450m3 beträgt. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] b) Bestimmen Sie anhand des Graphen der Funktion V näherungsweise die momentane Änderungsrate des Wasservolumens zwei Stunden nach Beobachtungsbeginn. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] c) Erläutern Sie, was es im Sachzusammenhang bedeutet, wenn für ein t∈[0;10] die Beziehung V(t+6)=V(t)-350 gilt. Entscheiden Sie mithilfe von Abbildung 2, ob für t = 5 diese Beziehung gilt, und begründen Sie Ihre Entscheidung. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] In einem anderen Becken ändert sich das Volumen des darin enthaltenen Wassers ebenfalls durch Zu- und Abfluss. Die momentane Änderungsrate des Volumens wird für 0 ≤ t ≤ 12 modellhaft durch die in IR definierte Funktion $f:t \mapsto 0,4 \cdot (2t^{3}-39t^{2}+180t)$ beschrieben. Dabei ist t die seit Beobachtungsbeginn vergangene Zeit in Stunden und g(t) die momentane Änderungsrate des Volumens in $\frac{m^{3}}{h}$. d) Begründen Sie, dass die Funktionswerte von g für 0 < t < 7,5 positiv und für 7,5 < t < 12 negativ sind. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden] e) Erläutern Sie die Bedeutung des Werts des Integrals $\int_{a}^{b} g (t)\,dt$ für 0 ≤ a < b ≤ 12 im Sachzusammenhang. Berechnen Sie das Volumen des Wassers, das sich 7,5 Stunden nach Beobachtungsbeginn im Becken befindet, wenn zu Beobachtungsbeginn 150m3 Wasser im Becken waren. Begründen Sie, dass es sich hierbei um das maximale Wasservolumen im Beobachtungszeitraum handelt. [Lösung anzeigen][Lösung ausblenden]