Abi 2016 Analysis I Teil B

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Mathematik (Bayern): Abiturprüfung 2016
Analysis I - Teil B


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Aufgabe 1

Gegeben ist die in IR definierte Funktion f:x \mapsto 
e^{\frac{1}{2}x}+e^{-\frac{1}{2}x}. Der Graph von f wird mit Gf bezeichnet.

a) Bestimmen Sie die Koordinaten des Schnittpunktes von Gf mit der y-Achse und begünden Sie, dass Gf oberhalb der x-Achse verläuft.

b) Ermitteln Sie das Symmetrieverhalten von Gf sowie das Verhalten von f für x→-∞ und für x→+∞.

c) Zeigen Sie, dass für die zweite Ableitung f von f die Beziehung f''(x)=\frac{1}{4} \cdot f(x) für x∈IR gilt. Weisen Sie nach, dass Gf linksgekrümmt ist. (Zur Kontrolle  f'(x)= \frac{1}{2}\cdot (e^{\frac{1}{2}x}- e^{-\frac{1}{2}x}) )

d) Bestimmen Sie Lage und Art des Extrempunkts von Gf.

e)Berechnen Sie die Steigung der Tangente g an Gf im Punkt P(2/f(2)) auf eine Dezimale genau. Zeichnen Sie den Punkt P und die Gerade g in ein Koordinatensystem ein (Platzbedarf im Hinblick auf das Folgende:-4≤x≤4, -1≤y≤9).

f) Berechnen Sie f (4) , im Hinblick auf eine der folgenden Aufgaben auf zwei Dezimalen genau, und zeichnen Sie unter Berücksichtigung der bisherigen Ergebnisse Gf im Bereich -4≤x≤4 in das Koordinatensystem aus Aufgabe 1e ein.

g) Zeigen Sie durch Rechnung, dass für x ∈ IR die Beziehung  \frac{1}{4} \cdot [f(x)]^{2}-[f'(x)]^{2} =1 gilt.

Die als Kurvenlänge La;b bezeichnete Länge des Funktionsgraphen von f zwischen den Punkten (a/f(a)) und (b/f(b)) mit a<b lässt sich mithilfe der Formel L_{a;b}= \int_{a}^{b} \sqrt{1+[f'(x)]^{2}} \,dx berechnen.

h)Bestimmen Sie mithilfe der Beziehung aus Aufgabe 1g die Kurvenlänge L0;b des Graphen von f zwischen den Punkten (0/f(0)) und (b/f(b)) mit b>0.

(Ergebnis: L_{0;b}= e^{\frac{1}{2}b}-e^{-\frac{1}{2}b}


Aufgabe 2

a)Die Enden eines Seils werden an zwei vertikalen Masten, die 8,00 m voneinander entfernt sind, in gleicher Höhe über dem Erdboden befestigt. Der Graph Gf aus Aufgabe 1 beschreibt im Bereich 
-4 \le x \ge 4 modellhaft den Verlauf des Seils, wobei die Fußpunkte F1 und F2 der Masten durch die Punkte (4\0) 

bzw. 

 4|0 dargestellt werden (vgl. Abbildung) . Eine Längeneinheit im Koordinaten- system entspricht einem Meter in der Realität.

b)

c)

d)