M9 Anwendungen und Aufgaben zu quadratischen Funktionen: Unterschied zwischen den Versionen

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{{Merke|1=Gemeinsame Punkte von Funktionsgraphen findet man, indem man die Funktionsterme gleichsetzt und die Gleichung nach x auflöst. }}
 
{{Merke|1=Gemeinsame Punkte von Funktionsgraphen findet man, indem man die Funktionsterme gleichsetzt und die Gleichung nach x auflöst. }}
  
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{{Aufgaben-blau|1|2=Gemeinsame Punkte einer Parabel mit einer Geraden
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{{Aufgaben-blau|1|2='''Gemeinsame Punkte einer Parabel mit einer Geraden'''
  
 
Bestimme jeweils die Koordinaten der Punkte R und T, die die Gerade g und die Parabel P gemeinsam haben. Berechne jeweils die Länge der Strecke <math>\overline {RT}</math>.<br>
 
Bestimme jeweils die Koordinaten der Punkte R und T, die die Gerade g und die Parabel P gemeinsam haben. Berechne jeweils die Länge der Strecke <math>\overline {RT}</math>.<br>
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R(-2;3,5) und T(3;1), <math>\bar {RT}=\sqrt {5^2+2,5^2}=\sqrt{31,25}=\sqrt{\frac{125}{4}}=\frac{5}{2}\sqrt 5 \approx 5,6</math> }}
 
R(-2;3,5) und T(3;1), <math>\bar {RT}=\sqrt {5^2+2,5^2}=\sqrt{31,25}=\sqrt{\frac{125}{4}}=\frac{5}{2}\sqrt 5 \approx 5,6</math> }}
  
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{{Aufgaben-blau|2|2=Gemeinsame Punkte zweier Parabeln: Buch S. 100 / 7  }}
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{{Aufgaben-blau|2|2='''Gemeinsame Punkte zweier Parabeln'''
  
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{{Lösung versteckt|1=a)Die beiden Parabeln haben gemeinsame Punkte, da P<sub>2</sub> schlanker als P<sub>1</sub> ist und ihren Scheitel unterhalb vom Scheitel von P<sub>1</sub> hat.<br>
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Gegeben sind jeweils die Gleichungen der beiden Parabeln <math>P_1</math> und <math>P_2</math>.
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a) <math>P_1: y = x^2</math> und <math>P_2: y = 2x^2 - 4</math><br>
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b) <math>P_1: y = x^2</math> und <math>P_2: y = -x^2 + 4</math><br>
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c)  <math>P_1: y = x^2</math> und <math>P_2: y = -(x-2)^2 - 4</math><br>
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d) <math>P_1: y = 2(x-1)^2</math> und <math>P_2: y = -3(x+1)^2</math><br>
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e) <math>P_1: y = x^2</math> und <math>P_2: y = 2x^2 +1</math><br>
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f) <math>P_1: y = -\frac{1}{4}x^2 + 1</math> und <math>P_2: y = x^2 - 4</math><br>
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Überlege zuerst, welche Paare der Parabeln keine Punkte miteinander haben und begründe deine Überlegung.<br>
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Bestimme durch Rechnung die gemeinsamen Punkte jedes der übrigen Parabelpaare. Überprüfe deine Ergebnisse mit dem anschließenden Applet.<br>
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Bei den Parabeln, die einander schneiden , sind die Schnittpunkte und die beiden Parabelscheitel jeweils Eckpunkte eines Vierecks. Berechne den Flächeninhalt dieser Vierecke.  }}
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{{Lösung versteckt|1=a) Die beiden Parabeln haben gemeinsame Punkte, da P<sub>2</sub> schlanker als P<sub>1</sub> ist und ihren Scheitel unterhalb vom Scheitel von P<sub>1</sub> hat.<br>
 
b) P<sub>1</sub> ist nach oben geöffnet und P<sub>2</sub> ist nach unten geöffnet und P<sub>2</sub> hat ihren Scheitel oberhalb des Scheitels von P<sub>1</sub>, also müssen sich die beiden Parabeln schneiden.<br>
 
b) P<sub>1</sub> ist nach oben geöffnet und P<sub>2</sub> ist nach unten geöffnet und P<sub>2</sub> hat ihren Scheitel oberhalb des Scheitels von P<sub>1</sub>, also müssen sich die beiden Parabeln schneiden.<br>
 
c) P<sub>1</sub> hat ihren Scheitel bei (0;0) und ist die Normalparabel, also nach oben geöffnet. P<sub>2</sub> hat ihren Scheitel bei (2;-4) und ist nach unten geöffnet. Die beiden Parabeln können sich nicht schneiden.<br>
 
c) P<sub>1</sub> hat ihren Scheitel bei (0;0) und ist die Normalparabel, also nach oben geöffnet. P<sub>2</sub> hat ihren Scheitel bei (2;-4) und ist nach unten geöffnet. Die beiden Parabeln können sich nicht schneiden.<br>
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Rechnungen für a, b, f<br>
 
Rechnungen für a, b, f<br>
 
a)<math>x^2 = 2x^2 -4</math> liefert <math>x^2=4</math> mit den zwei Lösungen <math>x_1=-2, x_2=2</math><br>
 
a)<math>x^2 = 2x^2 -4</math> liefert <math>x^2=4</math> mit den zwei Lösungen <math>x_1=-2, x_2=2</math><br>
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Die Schnittpunkte R(-2;4) und T(2;4) bilden mit den Scheiteln (0;0) und (0;-4) ein Viereck.
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Die Schnittpunkte R(-2;4) und T(2;4) bilden mit den Scheiteln (0;0) und (0;-4) ein Viereck mit A = 8.
  
 
b) <math>x^2 = -x^2 + 4</math> liefert <math>x^2 = 2</math> mit den zwei Lösungen <math>x_1=-\sqrt 2, x_2 = \sqrt 2</math>. <br>
 
b) <math>x^2 = -x^2 + 4</math> liefert <math>x^2 = 2</math> mit den zwei Lösungen <math>x_1=-\sqrt 2, x_2 = \sqrt 2</math>. <br>
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<center><ggb_applet height="700" width="900" filename="100-7.ggb" /></center>
 
<center><ggb_applet height="700" width="900" filename="100-7.ggb" /></center>
  
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{{Aufgaben-blau|3|2=Gemeinsame Punkte zweier Funktionsgraphen: Buch S. 101 / 8  }}
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{{Aufgaben-blau|3|2='''Gemeinsame Punkte zweier Funktionsgraphen'''
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Gegeben sind jeweils zwei Funktionen f und g durch ihre Funktionsgleichungen.
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a) <math>f(x) = \frac{1}{x}</math> und <math>g(x) = x</math>
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b) <math>f(x) = \frac{1}{x}</math> und <math>g(x) = 2x</math>
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c) <math>f(x) = \frac{5}{x-2}</math> und <math>g(x) = x+2</math>
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d) <math>f(x) = \frac{5}{x+1}</math> und <math>g(x) = -5</math>
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e) <math>f(x) = \frac{2x+8}{x+4}</math> und <math>g(x) = 2x+1</math>
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f) <math>f(x) = \frac{2}{x-1}</math> und <math>g(x) = 1-x</math>
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g) <math>f(x) = \frac{-3}{x}</math> und <math>g(x) = \frac{1}{x+1}</math>
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h) <math>f(x) = \frac{16}{x}</math> und <math>g(x) = x</math>
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i) <math>f(x) = x^2-4</math> und <math>g(x) = x^2-x</math>
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Bestimme jeweils die Koordinaten der Punkte, die G<sub>f</sub> und G<sub>g</sub> gemeinsam haben.
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{{Lösung versteckt|1=a) <math>\frac{1}{x}=x</math> --> <math>x^2=1</math> und <math>x_1=-1, x_2=1</math>. <br>
 
{{Lösung versteckt|1=a) <math>\frac{1}{x}=x</math> --> <math>x^2=1</math> und <math>x_1=-1, x_2=1</math>. <br>
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g) <math> -\frac{3}{x} = \frac{1}{x+1}</math> --> <math>x=-\frac{3}{4}</math><br>
 
g) <math> -\frac{3}{x} = \frac{1}{x+1}</math> --> <math>x=-\frac{3}{4}</math><br>
 
<math>R(-\frac{3}{4};4)</math>
 
<math>R(-\frac{3}{4};4)</math>
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h) <matsh>\frac{16}{x}=x</math> --> <math>x^2 = 16</math> und <math>x_1=-4, x_2=4</math><br>
 
h) <matsh>\frac{16}{x}=x</math> --> <math>x^2 = 16</math> und <math>x_1=-4, x_2=4</math><br>
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=Textaufgaben=
 
=Textaufgaben=
  
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{{Aufgaben-blau|4|2=Buch S. 104 / 6 }}
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{{Aufgaben-blau|4|2=Bei Wasserfontänen und Springbrunnen tritt der Wasserstrahl oftmals parabelförmig aus.<br>
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{{#ev:youtube |BJPRKefAc6E|350}}<br>
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Eine parabelförmige Wasserfontäne hat die Höhe 1,7m und die Weite 3,2m. <br>
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Wie lautet die Gleichung dieser Wasserfontäne, wenn der Ursprung des Koordinatensystems<br>
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a) in der Düsenöffnung liegt<br>
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b) auf Höhe des Wasseraustritts unter dem Scheitel liegt.<br>
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Gib jeweils auch die Scheitelkoordinaten der Parabel an.<br>    }}
  
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{{Lösung versteckt|1=Man legt ein Koordinatensystem an die Wasseraustrittsdüse. Dann sind die beiden Nullstellen der Parabel 3,2m voneinander entfernt. Der Scheitel ist bei 1,6m und hat die Höhe 1,7m. Diese Werte kann man in die Scheitelform der Parabelgleichung einsetzen. <math>y = a(x-1,6)^2 + 1,7</math>. <br>
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{{Lösung versteckt|1=a) Man legt ein Koordinatensystem an die Wasseraustrittsdüse. Dann sind die beiden Nullstellen der Parabel 3,2m voneinander entfernt. Der Scheitel ist bei 1,6m und hat die Höhe 1,7m. Diese Werte kann man in die Scheitelform der Parabelgleichung einsetzen. <math>y = a(x-1,6)^2 + 1,7</math>. <br>
 
Nun muss man noch a bestimmen. Die eine Nullstelle ist im Ursprung (0;0), die andere Nullstelle ist (3,2;0). Setzt man die Koordinaten der zweiten Nullstelle in die Gleichung ein, dann kann man a bestimmen. <br>
 
Nun muss man noch a bestimmen. Die eine Nullstelle ist im Ursprung (0;0), die andere Nullstelle ist (3,2;0). Setzt man die Koordinaten der zweiten Nullstelle in die Gleichung ein, dann kann man a bestimmen. <br>
 
<math>0=a(3,2 - 1,6)^2 + 1,7</math> --> <math> a = -\frac{1,7}{2,56} = -\frac{85}{128}</math> und <math>y= -\frac{85}{128}(x-1,6)^2 + 1,7 =  -\frac{85}{128} x^2 +  \frac{17}{8}x</math>
 
<math>0=a(3,2 - 1,6)^2 + 1,7</math> --> <math> a = -\frac{1,7}{2,56} = -\frac{85}{128}</math> und <math>y= -\frac{85}{128}(x-1,6)^2 + 1,7 =  -\frac{85}{128} x^2 +  \frac{17}{8}x</math>
  
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b) Man legt das Koordinatensystem so, dass der Ursprung direkt unter dem Scheitel ist und die Wasseraustrittdüse und die Stelle, an der das Wasser wieder aufkommt auf der x-Achse liegen. Dann ist S(0;1,7) und die beiden Nullstellen (-1,6;0) und (1,6;0).<br>
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Andere Lösung: Man legt das Koordinatensystem so, dass der Ursprung direkt unter dem Scheitel ist und die Wasseraustrittdüse und die Stelle, an der das Wasser wieder aufkommt auf der x-Achse liegen. Dann ist S(0;1,7) und die beiden Nullstellen (-1,6;0) und (1,6;0).<br>
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Damit erhält man als Gleichung für die Parabel <math>y = a(x+1,6)(x-1,6)</math> oder <math>y = a(x^2 -2,56)</math>. <br>
 
Damit erhält man als Gleichung für die Parabel <math>y = a(x+1,6)(x-1,6)</math> oder <math>y = a(x^2 -2,56)</math>. <br>
 
Setzt man nun die Koordinaten des Scheitels in die Gleichung, dann erhält man <math>1,7 = a \cdot (-2,56)</math> und <math> a = -\frac{1,7}{2,56} = -\frac{85}{128}</math>. <br>
 
Setzt man nun die Koordinaten des Scheitels in die Gleichung, dann erhält man <math>1,7 = a \cdot (-2,56)</math> und <math> a = -\frac{1,7}{2,56} = -\frac{85}{128}</math>. <br>
 
Die Gleichung der Parabel ist dann <math> y = -\frac{85}{128}x^2 + 1,7</math> .<br>
 
Die Gleichung der Parabel ist dann <math> y = -\frac{85}{128}x^2 + 1,7</math> .<br>
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Dies ist nicht die Gleichung wie bei der ersten Lösung, aber wir haben ja auch das Koordinatensystem anders gelegt. }}
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Dies ist nicht die Gleichung wie bei der ersten Lösung, aber wir haben ja auch das Koordinatensystem anders gelegt, beide Lösungen haben aber den gleichen Koeffizient bei x². }}
  
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{{Aufgaben-blau|5|2=Buch S. 105 / 8 }}
 
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{{Lösung versteckt|1=Aus der Zeichnung und dem Text kann man die Koordinaten der Punkte angeben: A(0;0), B(100;20), C(20,e). Der Ursprung des Koordinatensystems liegt in A. Aus der Zeichnung sieht man auch noch die zweite Nullstelle D(40;0).<br>
 
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a) Man hat die zwei Nullstellen, also ist <math>y=a\cdot x\cdot (x-40)</math>. <br>
 
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Setzt man die Koordinaten von B in die Gleichung, dann ist <math> 20 = a \cdot 100(100-40)</math> und <math>a=\frac{1}{300}</math>. <br>
 
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Die Gleichung der Parabel ist also <math>y=\frac{1}{300}x(x-40)</math> und wenn man den Term ausmultipliziert <math>y = \frac{1}{300}x^2 - \frac{2}{15}x</math>.<br>
 
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Die Scheitelform ist <math>y = \frac{1}{300}(x-20)^2 -\frac{4}{3}</math>.
 
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Oder wenn man mit der Scheitelform beginnt: <math>y=a(x-d)^2 + e</math> <br>
 
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Vom Scheitel C(20;e) weiß man die x-Koordinate, also ist d = 20 und <math>y=a(x-20)^2+e</math>.<br>
 
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Setzt man die Koordinaten von A in die Gleichung: (1) <math>0 = a\cdot (-20)^2 +e</math><br>
 
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Setzt man die Koordinaten von B in die Gleichung: (2) <math>20 = a\cdot 80^2+e</math><br>
 
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Subtrahiert man nun Gleichung (1) von Gleichung (2), so hat man <math>20 = 6400a - 400a</math> und <math>a=\frac{1}{300}</math>.<br>
 
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Setzt man a in Gleichung (1), dann erhält man <math>0=\frac{1}{300}\cot 400 + e </math> und <math> e = -\frac{4}{3}</math>.<br>
 
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Die Scheitelform ist  <math>y = \frac{1}{300}(x-20)^2 -\frac{4}{3}</math>. <br>
 
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Durch Ausmultiplizieren und zussammenfassen erhält man <math>y = \frac{1}{300}x^2 - \frac{2}{15}x</math>.<br>
 
−
In der letzten Gleichung kann man auf der rechten Seite <math>\frac{x}{300}</math> ausklammern und erhält  <math>y=\frac{1}{300}x(x-40)</math>.
 
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b) Der Durchhang h(x) ergibt sich als Differenz (bei gleichem x) der y-Koordinate der Geraden [AB] und der y-Koordinate der Parabel. <br>
 
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Die Gerade [AB] hat die Gleichung <math>y = \frac{1}{5}x</math>.<br>
 
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Die Gleichung der Parabel ist  <math>y = \frac{1}{300}x^2 - \frac{2}{15}x</math>.<br>
 
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Damit ist <math>h(x)= \frac{1}{5}x - (\frac{1}{300}x^2 - \frac{2}{15}x)</math>.<br>
 
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Fasst man den Term auf der rechten Seite zusammen, dann erhält man <math>h(x)=-\frac{1}{300}x^2+\frac{1}{3}x</math>.<br>
 
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Man will nun den größten Wert des Durchhangs wissen. Der Funktionsterm für h(x) ist eine nach unten geöffnete Parabel, die ihren größten y-Wert im Scheitel hat, also muss man den Scheitel bestimmen.<br>
 
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Die x-Koordinate des Scheitels erhält man, wenn man die Mitte der zwei Nullstellen nimmt. Dafür klammert man auf der rechten Seite  <math>-\frac{x}{300}</math> aus und erhält <math> h(x)=-\frac{1}{300}x(x-100)</math>. <br>
 
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Hier kann die Nullstellen ablesen: <math>x_1=0, x_2=100</math> und genau in der Mitte ist die x-Koordinate des Scheitels <math>x_S=50</math>.<br>
 
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Setzt man diesen Wert in h(x) ein, dann erhält man den größten Durchhang <math>h(50)=8\frac{1}{3}</math>.
 
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{{Aufgaben-blau|6|2= [[Datei:Nürnberg,_Burg,_Tiefer_Brunnen,_003.jpg|150px]]   Buch S. 107 / IV }}
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{{Aufgaben-blau|5|2= [[Datei:Nürnberg,_Burg,_Tiefer_Brunnen,_003.jpg|150px]]<br>
 +
Am Wandertag macht fahrt ihr nach Nürnberg und macht auf der Burg eine Führung. Dabei kommt ihr auch zum Tiefen Brunnen. Dort lässt Gregor einen Stein in den Brunnen fallen und stoppt 3,44s für die zeit, bis er das Auftreffen des Steins hört. <br>
 +
a) Lukas errechnet die Tiefe  h des Brunnens nach der Formel <math>h = \frac{1}{2}gt^2</math>, in der g den Ortsfaktor, der in Nürnberg g = 9,81 m/s² ist, für t setzt er Gregors 3,44s ein.<br>
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b) Sophie wendet ein: "Der von Lukas berechnete Wert von h berücksichtigt nicht die Zeit, die der Schall für die Strecke vom Boden des Brunnens bis zum Standort von Gregor benötigt. Die Gesamtzeit 3,44s setzt sich aus der Fallzeit und der Schallzeit zusammen."<br>
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(Die Schallgeschwindigkeit ist <math>c_{Schall} \approx 340 \frac{m}{s}</math>) }}
  
 
{{Lösung versteckt|1=a) Für den freien Fall eines Körpers kennt man aus der Physik die Formel <math> h = \frac{1}{2}gt^2</math>. Dabei ist g die Erdbeschleunigung <math>g = 9,81\frac{m}{s^2}</math>. <br>
 
{{Lösung versteckt|1=a) Für den freien Fall eines Körpers kennt man aus der Physik die Formel <math> h = \frac{1}{2}gt^2</math>. Dabei ist g die Erdbeschleunigung <math>g = 9,81\frac{m}{s^2}</math>. <br>
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Damit erhält man für die Tiefe des Brunnens <br>
 
Damit erhält man für die Tiefe des Brunnens <br>
 
* bei der Bewegung mit konstanter Beschleunigung des Steins <math>h=\frac{1}{2}\cdot 9,81\frac{m}{s^2}\cdot (3,284s)^2=52,9m</math><br>  
 
* bei der Bewegung mit konstanter Beschleunigung des Steins <math>h=\frac{1}{2}\cdot 9,81\frac{m}{s^2}\cdot (3,284s)^2=52,9m</math><br>  
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* bei der Bewegung des Schalls mit konstanter Geschwindigkeit <math>h=340\ frac{m}{s}\cdot 0,156s=53,0m</math>. }}
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* bei der Bewegung des Schalls mit konstanter Geschwindigkeit <math>h=340 \frac{m}{s}\cdot 0,156s=53,0m</math>. }}

Aktuelle Version vom 19. Februar 2022, 08:18 Uhr

Gemeinsame Punkte von Funktionsgraphen

Nuvola apps kig.png   Merke

Gemeinsame Punkte von Funktionsgraphen findet man, indem man die Funktionsterme gleichsetzt und die Gleichung nach x auflöst.


Bleistift 35fach.jpg   Aufgabe 1

Gemeinsame Punkte einer Parabel mit einer Geraden

Bestimme jeweils die Koordinaten der Punkte R und T, die die Gerade g und die Parabel P gemeinsam haben. Berechne jeweils die Länge der Strecke \overline {RT}.
a) P: y = x² und g: y = -x + 2
b) P: y = 2x² - 2 und g: y = 6
c) P: y = -x² - 9 und g: y = -2x - 7
d) P: y = 4x² + x und g: y = 1,5x
e) P: y = \frac{1}{3}x^2 + \frac{2}{3} und g: y = 2 - x
f) P: y = \frac{1}{2}(x - 1)^2 - 1 und g: y = -0,5x + 2,5

[Lösung anzeigen]


Bleistift 35fach.jpg   Aufgabe 2

Gemeinsame Punkte zweier Parabeln

Gegeben sind jeweils die Gleichungen der beiden Parabeln P_1 und P_2.

a) P_1: y = x^2 und P_2: y = 2x^2 - 4
b) P_1: y = x^2 und P_2: y = -x^2 + 4
c) P_1: y = x^2 und P_2: y = -(x-2)^2 - 4
d) P_1: y = 2(x-1)^2 und P_2: y = -3(x+1)^2
e) P_1: y = x^2 und P_2: y = 2x^2 +1
f) P_1: y = -\frac{1}{4}x^2 + 1 und P_2: y = x^2 - 4

Überlege zuerst, welche Paare der Parabeln keine Punkte miteinander haben und begründe deine Überlegung.
Bestimme durch Rechnung die gemeinsamen Punkte jedes der übrigen Parabelpaare. Überprüfe deine Ergebnisse mit dem anschließenden Applet.
Bei den Parabeln, die einander schneiden , sind die Schnittpunkte und die beiden Parabelscheitel jeweils Eckpunkte eines Vierecks. Berechne den Flächeninhalt dieser Vierecke.

[Lösung anzeigen]


Bleistift 35fach.jpg   Aufgabe 3

Gemeinsame Punkte zweier Funktionsgraphen Gegeben sind jeweils zwei Funktionen f und g durch ihre Funktionsgleichungen.

a) f(x) = \frac{1}{x} und g(x) = x

b) f(x) = \frac{1}{x} und g(x) = 2x

c) f(x) = \frac{5}{x-2} und g(x) = x+2

d) f(x) = \frac{5}{x+1} und g(x) = -5

e) f(x) = \frac{2x+8}{x+4} und g(x) = 2x+1

f) f(x) = \frac{2}{x-1} und g(x) = 1-x

g) f(x) = \frac{-3}{x} und g(x) = \frac{1}{x+1}

h) f(x) = \frac{16}{x} und g(x) = x

i) f(x) = x^2-4 und g(x) = x^2-x

Bestimme jeweils die Koordinaten der Punkte, die Gf und Gg gemeinsam haben.

[Lösung anzeigen]

Textaufgaben

Bleistift 35fach.jpg   Aufgabe 4

Bei Wasserfontänen und Springbrunnen tritt der Wasserstrahl oftmals parabelförmig aus.


Eine parabelförmige Wasserfontäne hat die Höhe 1,7m und die Weite 3,2m.
Wie lautet die Gleichung dieser Wasserfontäne, wenn der Ursprung des Koordinatensystems
a) in der Düsenöffnung liegt
b) auf Höhe des Wasseraustritts unter dem Scheitel liegt.
Gib jeweils auch die Scheitelkoordinaten der Parabel an.

[Lösung anzeigen]


Bleistift 35fach.jpg   Aufgabe 5

Nürnberg, Burg, Tiefer Brunnen, 003.jpg
Am Wandertag macht fahrt ihr nach Nürnberg und macht auf der Burg eine Führung. Dabei kommt ihr auch zum Tiefen Brunnen. Dort lässt Gregor einen Stein in den Brunnen fallen und stoppt 3,44s für die zeit, bis er das Auftreffen des Steins hört.
a) Lukas errechnet die Tiefe h des Brunnens nach der Formel h = \frac{1}{2}gt^2, in der g den Ortsfaktor, der in Nürnberg g = 9,81 m/s² ist, für t setzt er Gregors 3,44s ein.
b) Sophie wendet ein: "Der von Lukas berechnete Wert von h berücksichtigt nicht die Zeit, die der Schall für die Strecke vom Boden des Brunnens bis zum Standort von Gregor benötigt. Die Gesamtzeit 3,44s setzt sich aus der Fallzeit und der Schallzeit zusammen."
(Die Schallgeschwindigkeit ist c_{Schall} \approx 340 \frac{m}{s})

[Lösung anzeigen]

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