Inhalt:Wendepunkt und Wendetangente: Unterschied zwischen den Versionen

[+/-]

Widgets

Widgets

Gewünschte Seiten
Wer ist online?
Aus Matura Wiki
Wechseln zu: Navigation, Suche
(→‎Hinreichende Bedingung für einen Wendepunkt)
(→‎Hinreichende Bedingung für einen Wendepunkt)
 
(2 dazwischenliegende Versionen desselben Benutzers werden nicht angezeigt)
Zeile 21: Zeile 21:
 
=== Hinreichende Bedingung für einen Wendepunkt ===
 
=== Hinreichende Bedingung für einen Wendepunkt ===
 
{{Vorlage:Merke|1=Die Funktion $f(x)$ hat bei $x_0$ einen Wendepunkt, wenn gilt:
 
{{Vorlage:Merke|1=Die Funktion $f(x)$ hat bei $x_0$ einen Wendepunkt, wenn gilt:
−
# $f''(x_0)=0$  UND   
+
# $f''(x_0)=0 \quad$  UND   
 
#$f'''(x)\ne 0$}}
 
#$f'''(x)\ne 0$}}
 
<br>
 
<br>
Zeile 32: Zeile 32:
 
{{#ev:youtube|DM9uYJK5-fc}}  
 
{{#ev:youtube|DM9uYJK5-fc}}  
 
|}
 
|}
−
 
+
<br>
−
 
+
  
 
=== Musterbeispiel ===
 
=== Musterbeispiel ===
Zeile 39: Zeile 38:
 
<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:800px">
 
<div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed" style="width:800px">
  
−
<span style="color:#A020F0> '''Bestimme den Wendepunkt und die Wendetangente der Funktion $f(x)=\frac{x^3}{3}-4x^2+7x+30$''' </span>
+
<span style="color:#A020F0> Bestimme den Wendepunkt und die Wendetangente der Funktion $\ f(x)=\frac{x^3}{3}-4x^2+7x+30$. </span>
  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
 
<div class="mw-collapsible-content">  
Zeile 56: Zeile 55:
 
$$f'''(x)=2$$
 
$$f'''(x)=2$$
  
−
Nun setzen wir '''die zweite Ableitung''' 0:
+
Nun setzen wir '''die zweite Ableitung''' $= 0$:
  
 
$$f''(x)=2x-8$$
 
$$f''(x)=2x-8$$
Zeile 63: Zeile 62:
  
  
−
Somit ist die Stelle $x=4$ ein '''möglicher''' Wendepunkt. Um zu überprüfen, ob es sich wirklich um einen handelt, müssen wir den x-Wert in die dritte Ableitung einsetzen:
+
Somit ist die Stelle $x=4$ ein '''möglicher''' Wendepunkt. Um zu überprüfen, ob es sich wirklich um einen handelt, müssen wir den $x$-Wert in die dritte Ableitung einsetzen:
  
 
[[Datei:Wendepunkt-1.png|thumb|right|300px|Graph mit Wendepunkt]]
 
[[Datei:Wendepunkt-1.png|thumb|right|300px|Graph mit Wendepunkt]]
  
 
$$f'''(x)=2$$
 
$$f'''(x)=2$$
−
Da die dritte Ableitung konstant 2 ist (d.h. für '''alle''' x den Wert 2 hat), gilt insbesondere
+
Da die dritte Ableitung konstant $=2$ ist (d. h. für '''alle''' $x$ den Wert $2$ hat), gilt insbesondere
 
$$f'''(4)=2\ne 0$$
 
$$f'''(4)=2\ne 0$$
 
Somit ist an der Stelle $x=4$ ein Wendepunkt.  
 
Somit ist an der Stelle $x=4$ ein Wendepunkt.  
  
  
−
Um die y-Koordinate des Wendepunktes zu bestimmen, setzen wir '''in die ursprüngliche Funktion $f(x)'''$ ein, und erhalten:  
+
Um die $y$-Koordinate des Wendepunktes zu bestimmen, setzen wir '''in die ursprüngliche Funktion $f(x)$''' ein, und erhalten:  
 
$$f(4)=\frac{4^3}{3}-4\cdot4^2+7\cdot 4+30=15.33$$
 
$$f(4)=\frac{4^3}{3}-4\cdot4^2+7\cdot 4+30=15.33$$
  
Zeile 93: Zeile 92:
 
Um die Wendetangente $t_W: y=k\cdot x+d$ zu berechnen, brauchen wir zwei Sachen:
 
Um die Wendetangente $t_W: y=k\cdot x+d$ zu berechnen, brauchen wir zwei Sachen:
 
# den Wendepunkt (diesen haben wir schon zuvor berechnet: $W(4|15.33)$)
 
# den Wendepunkt (diesen haben wir schon zuvor berechnet: $W(4|15.33)$)
−
# die Steigung der Wendetangente. Diese berechnen wir jetzt:
+
# die Steigung der Wendetangente - diese berechnen wir jetzt:
  
  
Zeile 133: Zeile 132:
 
b) ein lokales Minimum der Steigung (der Graph ist hier (in einem Bereich) '''am flachsten''')
 
b) ein lokales Minimum der Steigung (der Graph ist hier (in einem Bereich) '''am flachsten''')
  
−
befindet  
+
befindet.
  
  

Aktuelle Version vom 23. Januar 2021, 23:29 Uhr

Funktion mit Wendepunkt W und Wendetangente
Definition
Grün rufezeichen.png
$ $
  • Ein Wendepunkt ist ein Punkt, in dem die Funktion f ihr Krümmungsverhalten ändert. Das heißt: Die Funktion geht von einer Rechtskrümmung in eine Linkskrümmung über (oder umgekehrt).


  • Die Tangente durch den Wendepunkt heißt Wendetangente.



Wie erkennt man einen Wendepunkt?

Stell dir vor, der Graph ist eine Straße und du würdest die Straße mit einem Auto von links nach rechts entlangfahren. Zuerst kommt eine Rechtskurve, in der du das Lenkrad nach rechts drehst. Anschließend kommt eine Linkskurve, in der du das Lenkrad nach links drehen musst. Genau zwischen der Rechts- und der Linkskurve gibt es einen Moment, in dem das Lenkrad gerade ist - das ist der Wendepunkt.


Hinreichende Bedingung für einen Wendepunkt

Merke
Rotes rufezeichen.png
Die Funktion $f(x)$ hat bei $x_0$ einen Wendepunkt, wenn gilt:
  1. $f''(x_0)=0 \quad$ UND
  2. $f'''(x)\ne 0$



Video


Musterbeispiel

Bestimme den Wendepunkt und die Wendetangente der Funktion $\ f(x)=\frac{x^3}{3}-4x^2+7x+30$.

1. Wendepunkt


Zuerst bestimmen wir die zweite Ableitung $f''(x)$ und die dritte Ableitung $f'''(x)$: $$f(x)=\frac{x^3}{3}-4x^2+7x+30$$ $$f'(x)=x^2-8x+7$$ $$f''(x)=2x-8$$ $$f'''(x)=2$$

Nun setzen wir die zweite Ableitung $= 0$:

$$f''(x)=2x-8$$ $$0=2x-8$$ $$x=4$$


Somit ist die Stelle $x=4$ ein möglicher Wendepunkt. Um zu überprüfen, ob es sich wirklich um einen handelt, müssen wir den $x$-Wert in die dritte Ableitung einsetzen:

Graph mit Wendepunkt

$$f'''(x)=2$$ Da die dritte Ableitung konstant $=2$ ist (d. h. für alle $x$ den Wert $2$ hat), gilt insbesondere $$f'''(4)=2\ne 0$$ Somit ist an der Stelle $x=4$ ein Wendepunkt.


Um die $y$-Koordinate des Wendepunktes zu bestimmen, setzen wir in die ursprüngliche Funktion $f(x)$ ein, und erhalten: $$f(4)=\frac{4^3}{3}-4\cdot4^2+7\cdot 4+30=15.33$$

Somit hat der Wendepunkt die Koordinaten $W(4|15.33)$.


2. Wendetangente

$\rightarrow$ Siehe hier auch: Bestimmen der Tangente

Um die Wendetangente $t_W: y=k\cdot x+d$ zu berechnen, brauchen wir zwei Sachen:

  1. den Wendepunkt (diesen haben wir schon zuvor berechnet: $W(4|15.33)$)
  2. die Steigung der Wendetangente - diese berechnen wir jetzt:


Die Steigung $k$ der Wendetangente ist ident mit der Steigung der Funktion am Wendepunkt. Somit müssen wir die Steigung von $f(x)$ beim Wendepunkt $W(4|15.33)$ berechnen und dies macht man immer mit der 1. Ableitung $f'(x)$:

$$f'(x)=x^2-8x+7$$ $$f'(4)=4^2-8\cdot 4+79$$ $$f'(4)=-9$$


Somit ist $k=-9$

Graph mit Wendepunkt und Wendetangente

Um das $d$ zu berechnen, setzen wir nun $k=-9$ und die Koordinaten des Wendepunktes $W(\underbrace{4}_{x}|\underbrace{15.33}_{y})$ in die $y=kx+d$-Darstellung und erhalten: $$y=kx+d$$ $$15.33=-9\cdot 4+d$$ $$d=51.33$$

Somit lautet die Gleichung der Wendetangente: $$\underline{\underline{t_W: \ y=-9\cdot x+51.33}}$$




Merke
Rotes rufezeichen.png
Maximale oder minimale Steigung

Am Wendepunkt befindet sich ein lokales Extremum der Steigung $f'(x)$. Das bedeutet, dass am Wendepunkt sich entweder

a) ein lokales Maximum der Steigung (der Graph ist hier (in einem Bereich) am steilsten) oder

b) ein lokales Minimum der Steigung (der Graph ist hier (in einem Bereich) am flachsten)

befindet.


Begründung:

Am Wendepunkt gilt für die erste Ableitung von $f'$: $$(f'(x))'=f''(x)=0)$$ und für die zweite Ableitung von $f'$: $$(f'(x))''=f'''(x)\neq 0$$ Somit hat $f'$ hier einen Hoch- oder Tiefpunkt.