Abi 2015 Analysis I Teil B

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Mathematik (Bayern): Abiturprüfung 2015
Analysis I - Teil B


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Aufgabe 1

Gegeben ist die Funktion f mit f(x)=\frac{1}{x+1}-\frac{1}{x+3} und Definitionsbereich Df = IR\{-3; -1}. Der Graph vonf wird mit Gf bezeichnet. a) Zeigen Sie, dass f(x) zu jedem der drei folgenden Terme äquivalent ist:

\frac{2}{(x+1)(x+3)} ; \frac{2}{x^2+4x+3} ; \frac{1}{0,5\cdot (x+2)^2-0,5}

ABI2017 AI TeilB 1a Lös.jpg

b) Begründen Sie, dass die x-Achse horizontale Asymptote von Gf ist, und geben Sie die Gleichungen der vertikalen Asymptoten von Gf an. Be- stimmen Sie die Koordinaten des Schnittpunkts von Gf mit der y-Achse. Abbildung 1 zeigt den Graphen der in IR definierten Funktion p : x \mapsto 0,5\cdot(x+2)^2-0,5, die die Nullstellen x = -3 und x = -1 hat.

Für x ∈ Df gilt f(x)=\frac{1}{p(x)}.

ABI2017 AI TeilB 1b Lös.jpg

c) Gemäß der Quotientenregel gilt für die Ableitungen f' und p' die Beziehung: f'(x)=-\frac{p'(x)}{(p(x))^2} für x ∈ Df.

Zeigen Sie unter Verwendung dieser Beziehung und ohne Berechnung von f'(x) und p'(x), dass x = -2 einzige Nullstelle von f' ist und dass Gf in ]-3; -2[ streng monoton steigend sowie in ]-2;-1[ streng monoton fallend ist. Geben Sie Lage und Art des Extrempunkts von Gf an.

ABI2017 AI TeilB 1c Lös.jpgG

d) Berechnen Sie f(-5) und f(-1,5) und skizzieren sie Gf unter Berücksichtigung der Ergebnisse in Abbildung 1.

ABI2017 AI TeilB 1d Lös.jpgG



Aufgabe 2

Gegeben ist die Funktion  h(x)= \frac{3}{e^{x+1} -1} mit Definitionsbereich Dh = ]-1;+∞[. Abbildung 2 zeigt den Graph Gh von h.

a) Begründen Sie anhand des Funktionsterms, dass \lim_{x\to\infty}h(x)= 0 gilt. Zeigen Sie rechnerisch für x ∈ Dh, dass für die Ableitung h′ von h gilt: h′(x)<0. Gegeben ist ferner die in Dh definierte Integralfunktion H0:\int_{x}^{0} h (t)\,dt .

b) Begründen Sie ohne weitere Rechnung, dass folgende Aussagen wahr sind:

α) Der Graph von H0 ist streng monoton steigend.
β) Der Graph von H0 ist rechtsgekrümmt.


c) Geben Sie die Nullstelle von H0 an und bestimmen Sie näherungsweise mithilfe von Abbildung 2 die Funktionswerte H0 (-0,5) sowie H0 (3). Skizzieren Sie in Abbildung 2 den Graphen von H0 im Bereich -0,5 ≤ x ≤ 3.





Aufgabe 3

In einem Labor wird ein Verfahren zur Reinigung von mit Schadstoffen kontaminiertem Wasser getestet. Die Funktion h aus Aufgabe 2 beschreibt für x ≥ 0 modellhaft die zeitliche Entwicklung des momentanen Schadstoffabbaus in einer bestimmten Wassermenge. Dabei bezeichnet h(x) die momentane Schadstoffabbaurate in Gramm pro Minute und x die seit Beginn des Reinigungsvorgangs ergangene Zeit in Minuten.

a)

b) Beschreiben Sie, wie der Graph der Funktion k aus dem Graphen der Funktion f aus Aufgabe 1 hervorgeht.

c)