Digitale Werkzeuge in der Schule/Basiswissen Analysis/Eigenschaften von Funktionen und Funktionsuntersuchung/Wendepunkte

Aus ZUM Projektwiki


Merke: Definition

Ein Wendepunkt beschreibt einen Punkt auf einem Funktionsgraphen an dem sich das Krümmungsverhalten des Graphes ändert. Der Funktionsgraph ändert an dieser Stelle seine Krümmung von rechts nach links (Rechts-links-Wendestelle, kurz: RLW) oder von links nach rechts (Links-rechts-Wendestelle, kurz: LRW).

Tipp: Es kann helfen, wenn man sich vorstellt auf dem Graphen mit einem Fahrrad zu fahren, so ist der Wendepunkt genau an dem Punkt, wo sich die Richtung, in die man lenkt, ändert.

Aufgabe 1 - Wendepunkte angeben

Gib die Wendepunkte im Graphen an.


Merke: Definition 2

An einem Wendepunkt einer Funktion ist die Steigung in der näheren Umgebung maximal bzw. minimal. Somit folgt, dass die Ableitung an dieser Stelle ein lokales Extremum aufweist. Daraus ergibt sich das notwendige Kriterium für einen Wendepunkt. Aus dem vorherigen Kapitel haben wir gelernt: Wenn die Funktion im Punkt einen Extrempunkt aufweist, so ist die Ableitung dieser Funktion in diesem Punkt gleich 0. Das hinreichende Kriterium ergibt sich, wie im vorherigen Kapitel.

Zusammenfassung:

  • notwendiges Kriterium:
  • hinreichendes Kriterium: , Wobei gilt: RLW oder LRW
Berechnen des Wendepunktes
  • Notwendiges Kriterium: Nullstellen der zweiten Ableitung berechnen
  • Hinreichendes Kriterium: Einsetzen der berechneten Funktionstherms in die dritte Ableitung (RLW oder LRW?)
  • Berechnen des Funktionswertes durch einsetzen des Funktionstherms in die Ursprüngliche Funktion

Beispiel: Gegeben sei die Funktion

  • Notwendiges Kriterium:

und

  • Hinreichendes Kriterium:

und

An liegt eine Recht-links-Wendestelle und an eine Links-rechts-Wendestelle vor.

Und nun du...

Aufgabe 2 - Wendepunkt bestimmen

Berechne die Wendepunkte der folgenden Funktion

Rechnung: Notwendiges Kriterium:

und

und

  • Hinreichendes Kriterium:

und und

An liegt eine Links-rechts-Wendestelle, an eine Rechts-links-Wendestelle und an eine Links-rechts-Wendestelle vor.

Aufgabe 3 - Die schnelle Achterbahn

Im Europa Park in Baden-Württemberg soll eine schnelle Achterbahn gebaut werden. Kurz vor Schluss soll die Bahn über zwei hohe Punkte fahren und dort die Höchstgeschwindigkeiten erreichen. Die Mitarbeiter des Parks haben eine Simulation der Achterbahn erstellt und haben somit die Geschwindigkeit der Achterbahn gegen die Zeit aufgenommen. Die Funktion (siehe Abbildung) beschreibt im Intervall [-3s,3s] sehr gut die Geschwindigkeit der Achterbahn am Ende der Fahrt.


Aufgabe Achterbahn.png

An den Stellen, wo die Achterbahn stark abbremst oder beschleunigt sind die wichtigsten Stellen der Fahrt. Zu diesen Zeitpunkten sollen deshalb besondere Sicherheitssysteme arbeiten. Gebe mit Hilfe der Funktion an, zu welchen Zeitpunkten die Beschleunigung minimal bzw. maximal ist.

Rechnung: Notwendiges Kriterium:

und

und

  • Hinreichendes Kriterium:

und

an liegt eine Recht-links-Wendestelle, an eine Links-rechts-Wendestelle vor und an eine Links-rechts-Wendestelle vor.