Was ist der Mittelwertsatz für f(x) = -1/3x^3 + 1/4x^2 + 3x + 2?

Question

Was ist der Mittelwertsatz für f(x) = -1/3x^3 + 1/4x^2 + 3x + 2?

Antwort

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Welche Funktion hat ein Maximum bei (332.0822, 0.83269) und ein Minimum bei (332.2387, -0.82764) und konvergiert für x gegen unendlich gegen die x-Achse?

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Der Mittelwertsatz der Differentialrechnung besagt, dass für eine Funktion \( f \), die auf einem geschlossenen Intervall \([a, b]\) stetig und auf dem offenen Intervall \((a, b)\) differenzierbar ist, mindestens ein Punkt \( c \) in \((a, b)\) existiert, sodass die folgende Gleichung gilt: \[ f'(c) = \frac{f(b) - f(a)}{b - a} \] Um den Mittelwertsatz für die gegebene \( f(x) = -\frac{1}{3}x^3 + \frac{1}{4}x^2 + 3x + 2 \) anzuwenden, musst du zunächst die Ableitung \( f'(x) \) berechnen und dann die Werte \( f(a) \) und \( f(b) \) für ein gewähltes Intervall \([a, b]\) bestimmen. 1. **Berechnung der Ableitung**: \[ f'(x) = -x^2 + \frac{1}{2}x + 3 \] 2. **Wähle ein Intervall**: Zum Beispiel \([a, b] = [0, 1]\). 3. **Berechnung von \( f(0) \) und \( f(1) \)**: \[ f(0) = 2 \] \[ f(1) = -\frac{1}{3} + \frac{1}{4} + 3 + 2 = \frac{9}{12} + 3 + 2 = \frac{9}{12} + \frac{36}{12} + \frac{24}{12} = \frac{69}{12} = 5.75 \] 4. **Berechnung des Mittelwerts**: \[ \frac{f(1) - f(0)}{1 - 0} = 5.75 - 2 = 3.75 \] 5. **Setze \( f'(c) = 3.75 \)** und löse die Gleichung: \[ -c^2 + \frac{1}{2}c + 3 = 3.75 \] \[ -c^2 + \frac{1}{2}c - 0.75 = 0 \] Diese quadratische Gleichung kann mit der Mitternachtsformel gelöst werden, um den Wert von \( c \) zu finden, der den Mittelwertsatz erfüllt.

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Die Umkehrfunktion (Inverse) von \( f(x) = -x \) ist ebenfalls \( f^{-1}(x) = -x \).

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Die Umkehrfunktion (Inverse) von \( f(x) = -x \) ist ebenfalls \( f^{-1}(x) = -x \).

Kategorie: Mathematik Tags: Umkehrfunktion Funktion Mathematik

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Die Umkehrfunktion (auch Inverse Funktion genannt) ist eine Funktion, die die Wirkung einer anderen Funktion rückgängig macht. Wenn du eine Funktion \( f \) hast, die einen Wert \( x \) auf... [mehr]

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Die Umkehrfunktion (auch Inverse Funktion genannt) ist eine Funktion, die die Wirkung einer anderen Funktion rückgängig macht. Wenn du eine Funktion \( f \) hast, die einen Wert \( x \) auf einen Wert \( y \) abbildet (\( f(x) = y \)), dann ist die Umkehrfunktion \( f^{-1} \) die Funktion, die \( y \) wieder auf \( x \) zurückführt (\( f^{-1}(y) = x \)). Wichtige Eigenschaften: - Eine Funktion besitzt nur dann eine Umkehrfunktion, wenn sie **eineindeutig** (bijektiv) ist, das heißt, jedem \( x \) wird genau ein \( y \) zugeordnet und umgekehrt. - Die Umkehrfunktion „dreht“ die Zuordnung um: \( f(f^{-1}(y)) = y \) und \( f^{-1}(f(x)) = x \). Beispiel: Die Funktion \( f(x) = 2x + 3 \) hat die Umkehrfunktion \( f^{-1}(y) = \frac{y-3}{2} \). Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Umkehrfunktion](https://de.wikipedia.org/wiki/Umkehrfunktion).

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Die **Hauptwertfunktion** (oft als „hr-Funktion“ abgekürzt) eines Ausdrucks wie \( x+5 \) ist einfach die Funktion selbst, da es sich um eine lineare Funktion handelt. Die Funktionsvorschrift lautet: \[ f(x) = x + 5 \] Der Graph dieser Funktion ist eine Gerade mit der Steigung 1 und dem y-Achsenabschnitt 5. Falls du nach der Ableitung (Differentialrechnung) fragst: \[ f'(x) = 1 \] Falls du nach etwas anderem mit „hrfunktion“ meinst, bitte präzisiere deine Frage.

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Eine Kurvendiskussion ist eine systematische Untersuchung des Verlaufs einer mathematischen Funktion, meist einer Funktion f(x). Ziel ist es, möglichst viele Eigenschaften der Funktion zu bestimmen, um ihren Graphen exakt zeichnen zu können. Die wichtigsten Schritte einer Kurvendiskussion sind: 1. **Definitionsbereich bestimmen:** Für welche x-Werte ist die Funktion definiert? 2. **Symmetrie untersuchen:** Ist die Funktion achsensymmetrisch (gerade), punktsymmetrisch (ungerade) oder hat sie keine Symmetrie? 3. **Nullstellen berechnen:** Für welche x gilt f(x) = 0? 4. **Verhalten im Unendlichen (Grenzwerte):** Wie verhält sich die Funktion für sehr große oder sehr kleine x-Werte? 5. **Ableitungen berechnen:** - **1. Ableitung:** Gibt die Steigung an. - **2. Ableitung:** Gibt die Krümmung an. 6. **Extremstellen bestimmen:** Wo hat die Funktion Hochpunkte, Tiefpunkte oder Sattelpunkte? (Dazu setzt man die 1. Ableitung gleich Null und prüft mit der 2. Ableitung.) 7. **Wendepunkte bestimmen:** Wo ändert sich die Krümmung? (Dazu setzt man die 2. Ableitung gleich Null und prüft mit der 3. Ableitung.) 8. **Verhalten an besonderen Stellen:** Gibt es Asymptoten, Polstellen oder Unstetigkeiten? 9. **Graph zeichnen:** Mit allen gewonnenen Informationen kann der Funktionsgraph möglichst genau gezeichnet werden. Jeder dieser Schritte hilft, die Funktion besser zu verstehen und ihren Verlauf zu beschreiben.

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Um eine Funktion in der Mitte einer anderen Gleichung zu verwenden, setzt du sie einfach an die gewünschte Stelle in die Gleichung ein. Das nennt man „Einsetzen“ oder „Substitution“. Zum Beispiel, wenn du die Funktion \( f(x) = x^2 \) hast und sie in die Gleichung \( y = 3 + f(x) \) einbauen möchtest, schreibst du: \( y = 3 + x^2 \) Wenn du eine komplexere Gleichung hast, wie zum Beispiel \( y = 2 \cdot f(x) + 5 \), setzt du ebenfalls die Funktion an die Stelle von \( f(x) \): \( y = 2 \cdot x^2 + 5 \) Falls du eine Funktion in eine andere Funktion einsetzt (Funktionsverkettung), zum Beispiel \( g(x) = \sin(x) \) und \( f(x) = x^2 \), dann ist \( g(f(x)) = \sin(x^2) \). Wenn du ein konkretes Beispiel hast, kann ich dir zeigen, wie du es einsetzt. Generell gilt: Ersetze einfach die Funktionsvariable durch den gewünschten Ausdruck oder die Funktion.

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Um die Ableitung der Funktion \[ f(x) = \frac{(x-3)(x+2)}{(x+1)(x+5)} \] zu berechnen, verwendest du die Quotientenregel: \[ f'(x) = \frac{u'(x) \cdot v(x) - u(x) \cdot v'(x)}{[v(x... [mehr]

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Um die Ableitung der Funktion \[ f(x) = \frac{(x-3)(x+2)}{(x+1)(x+5)} \] zu berechnen, verwendest du die Quotientenregel: \[ f'(x) = \frac{u'(x) \cdot v(x) - u(x) \cdot v'(x)}{[v(x)]^2} \] mit \( u(x) = (x-3)(x+2) \) \( v(x) = (x+1)(x+5) \) Zuerst die Ableitungen berechnen: **1. \( u(x) \) und \( u'(x) \):** \( u(x) = (x-3)(x+2) = x^2 - x - 6 \) \( u'(x) = 2x - 1 \) **2. \( v(x) \) und \( v'(x) \):** \( v(x) = (x+1)(x+5) = x^2 + 6x + 5 \) \( v'(x) = 2x + 6 \) **Jetzt die Quotientenregel anwenden:** \[ f'(x) = \frac{(2x-1)(x^2+6x+5) - (x^2-x-6)(2x+6)}{(x^2+6x+5)^2} \] **Optional: Zähler ausmultiplizieren und zusammenfassen:** 1. \((2x-1)(x^2+6x+5) = 2x^3 + 12x^2 + 10x - x^2 - 6x - 5 = 2x^3 + 11x^2 + 4x - 5\) 2. \((x^2-x-6)(2x+6) = (x^2-x-6)2x + (x^2-x-6)6 = 2x^3 - 2x^2 - 12x + 6x^2 - 6x - 36 = 2x^3 + 4x^2 - 18x - 36\) Jetzt den Zähler zusammenfassen: \[ [2x^3 + 11x^2 + 4x - 5] - [2x^3 + 4x^2 - 18x - 36] = (2x^3 - 2x^3) + (11x^2 - 4x^2) + (4x + 18x) + (-5 + 36) \] \[ = 0x^3 + 7x^2 + 22x + 31 \] **Endergebnis:** \[ \boxed{ f'(x) = \frac{7x^2 + 22x + 31}{(x^2 + 6x + 5)^2} } \]

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Eine Integralfunktion ist eine Funktion, die durch das unbestimmte Integral einer gegebenen Funktion \( f(x) \) entsteht. Genauer gesagt: Ist \( f(x) \) eine Funktion, dann ist eine Integralfunktion \... [mehr]

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Eine Integralfunktion ist eine Funktion, die durch das unbestimmte Integral einer gegebenen Funktion \( f(x) \) entsteht. Genauer gesagt: Ist \( f(x) \) eine Funktion, dann ist eine Integralfunktion \( F(x) \) eine Funktion, deren Ableitung wieder \( f(x) \) ergibt, also gilt: \[ F'(x) = f(x) \] Die allgemeine Form einer Integralfunktion ist: \[ F(x) = \int f(x) \, dx = \text{Stammfunktion von } f(x) + C \] wobei \( C \) eine beliebige Konstante ist (Integrationskonstante). **Beispiel:** Für \( f(x) = 2x \) ist eine Integralfunktion \( F(x) = x^2 + C \), denn die Ableitung von \( x^2 + C \) ist wieder \( 2x \). Integralfunktionen spielen eine zentrale Rolle in der Analysis, insbesondere bei der Berechnung von Flächen und bei der Lösung von Differentialgleichungen.

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Typischer Wortschatz im Zusammenhang mit der Laplace-Transformation umfasst folgende Begriffe: - **Laplace-Transformation**: Integraltransformation, die eine Funktion \( f(t) \) in eine Funktion \( F(s) \) im Bildbereich überführt. - **Rücktransformation** (Inverse Laplace-Transformation): Umkehrung der Laplace-Transformation, Rückführung in den Zeitbereich. - **Zeitbereich**: Bereich, in dem die ursprüngliche Funktion \( f(t) \) definiert ist. - **Bildbereich**: Bereich, in dem die transformierte Funktion \( F(s) \) existiert. - **s-Bereich**: Komplexe Variable \( s \) im Bildbereich (\( s = \sigma + j\omega \)). - **Übertragungsfunktion**: Funktion, die das Verhalten eines Systems im Bildbereich beschreibt. - **Pol**: Wert von \( s \), bei dem \( F(s) \) gegen unendlich strebt. - **Nullstelle**: Wert von \( s \), bei dem \( F(s) = 0 \). - **Kausalität**: Eigenschaft, dass eine Funktion nur für \( t \geq 0 \) definiert ist. - **Lineare Differentialgleichung**: Gleichung, die oft mit Hilfe der Laplace-Transformation gelöst wird. - **Anfangsbedingungen**: Startwerte der Funktion und ihrer Ableitungen bei \( t = 0 \). - **Einseitige Laplace-Transformation**: Transformation für \( t \geq 0 \). - **Zweiseitige Laplace-Transformation**: Transformation für \( -\infty < t < \infty \). - **Faltungssatz**: Regel zur Berechnung der Laplace-Transformation des Faltungsintegrals zweier Funktionen. - **Frequenzbereich**: Bereich, in dem die Frequenzkomponenten einer Funktion betrachtet werden. - **Residuensatz**: Methode zur Berechnung der Rücktransformation mittels komplexer Integration. - **Sprungfunktion** (Heaviside-Funktion): Häufig verwendete Funktion als Eingangssignal. - **Impulsfunktion** (Dirac-Delta-Funktion): Idealisierte Funktion zur Modellierung von Impulsen. Diese Begriffe sind grundlegend für das Verständnis und die Anwendung der Laplace-Transformation in Mathematik, Physik und Ingenieurwissenschaften.

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Die Produktregel ist eine wichtige Regel in der Differentialrechnung. Sie hilft dir, die Ableitung eines Produkts aus zwei Funktionen zu berechnen. Stell dir vor, du hast zwei Funktionen: f(x) und g(... [mehr]

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Die Produktregel ist eine wichtige Regel in der Differentialrechnung. Sie hilft dir, die Ableitung eines Produkts aus zwei Funktionen zu berechnen. Stell dir vor, du hast zwei Funktionen: f(x) und g(x). Du möchtest die Ableitung von f(x) · g(x) berechnen. Die Produktregel sagt: **(f(x) · g(x))' = f'(x) · g(x) + f(x) · g'(x)** Das bedeutet: Du leitest zuerst die erste Funktion ab und multiplizierst sie mit der zweiten Funktion (so wie sie ist). Dann leitest du die zweite Funktion ab und multiplizierst sie mit der ersten Funktion (so wie sie ist). Am Ende addierst du beide Ergebnisse. **Beispiel:** f(x) = x², g(x) = sin(x) Dann ist die Ableitung: (x² · sin(x))' = 2x · sin(x) + x² · cos(x) So kannst du die Produktregel einfach anwenden!

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Gesucht ist eine Funktion \( f(x) \), die - ein Maximum bei \( (332.0822,\ 0.83269) \), - ein Minimum bei \( (332.2387,\ -0.82764) \) hat, - und für \( x \to \infty \) gegen die x-Achse (also \(... [mehr]

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Gesucht ist eine Funktion \( f(x) \), die - ein Maximum bei \( (332.0822,\ 0.83269) \), - ein Minimum bei \( (332.2387,\ -0.82764) \) hat, - und für \( x \to \infty \) gegen die x-Achse (also \( f(x) \to 0 \)) konvergiert. Eine typische Funktionsform, die solche Eigenschaften aufweist, ist die **gedämpfte Sinusfunktion** oder eine **Gauß-modulierte Sinusfunktion**. Ein Beispiel: \[ f(x) = A \cdot e^{-k(x-x_0)} \cdot \sin(\omega(x-x_0)) \] Hierbei: - \( A \) ist die Amplitude, - \( k \) ist die Dämpfung, - \( x_0 \) ist eine Verschiebung, - \( \omega \) ist die Kreisfrequenz. **Vorgehen zur Bestimmung der Parameter:** 1. **Null-Lage:** Da die Extrema sehr nahe beieinander liegen, ist die Periode klein. Die Funktion schwingt also nur wenig. 2. **Maximum und Minimum:** Die Werte und Abstände der Extrema bestimmen Amplitude und Frequenz. 3. **Asymptotisches Verhalten:** Der Exponentialterm sorgt dafür, dass \( f(x) \to 0 \) für \( x \to \infty \). **Konkretisierung:** Setze \( x_0 = 332.0822 \) (Maximum bei \( x_0 \)), dann ist das Minimum bei \( x_1 = 332.2387 \). Der Abstand zwischen Maximum und Minimum ist: \[ \Delta x = x_1 - x_0 = 332.2387 - 332.0822 = 0.1565 \] Für eine Sinusfunktion liegt das Minimum eine halbe Periode nach dem Maximum, also: \[ \frac{T}{2} = 0.1565 \implies T = 0.313 \] \[ \omega = \frac{2\pi}{T} \approx \frac{2\pi}{0.313} \approx 20.08 \] Die Amplitude ist etwa der Mittelwert der Beträge der Extrema: \[ A \approx \frac{0.83269 + 0.82764}{2} \approx 0.830 \] Die Dämpfung \( k \) muss so gewählt werden, dass die Funktion für große \( x \) gegen 0 geht. Ein kleiner positiver Wert, z.B. \( k = 0.01 \), reicht oft. **Beispielhafte Funktion:** \[ f(x) = 0.830 \cdot e^{-0.01(x-332.0822)} \cdot \sin(20.08(x-332.0822)) \] Diese Funktion hat: - Ein Maximum bei \( x = 332.0822 \) mit ca. 0.83, - Ein Minimum bei \( x = 332.2387 \) mit ca. -0.83, - Und konvergiert für \( x \to \infty \) gegen 0. **Hinweis:** Die Werte sind angenähert. Für exakte Werte müsste man die Gleichungen für Maximum und Minimum exakt lösen. **Weitere Informationen:** - [Sinusfunktion – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Sinus_und_Kosinus) - [Gedämpfte Schwingung – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Ged%C3%A4mpfte_Schwingung)