Extremwertaufgaben

Oder: Wie spare ich mir viel Material.

Was erwartet dich

Extremwertaufgaben sind ein spannender und wichtiger Bestandteil der Mathematik. Sie beschäftigen sich mit der Frage, wie man den größten oder kleinsten Wert einer Funktion in einem bestimmten Kontext findet. Solche Aufgaben sind nicht nur theoretisch interessant, sondern haben auch viele praktische Anwendungen, etwa in der Physik, der Wirtschaft oder der Technik.

Typischerweise geht es bei Extremwertaufgaben darum, eine Größe zu maximieren oder zu minimieren. Das könnte beispielsweise die Maximierung der Fläche eines Rechtecks bei gegebenem Umfang oder die Minimierung der Kosten bei der Produktion eines Gutes sein. Um diese Aufgaben zu lösen, verwendet man die Ableitungsregeln, die man in der Differentialrechnung kennengelernt hat.

Der Prozess beginnt damit, eine mathematische Funktion aufzustellen, die das Problem beschreibt. Dann sucht man nach den Stellen, an denen diese Funktion ihre größten oder kleinsten Werte annimmt, indem man die Ableitung berechnet und die sogenannten kritischen Punkte findet, bei denen die Ableitung null ist. Anschließend untersucht man diese Punkte, um herauszufinden, ob es sich um ein Maximum oder ein Minimum handelt.

Extremwertaufgaben helfen nicht nur, die Anwendung der Ableitung zu verstehen, sondern fördern auch das analytische Denken und die Fähigkeit, mathematische Modelle auf reale Probleme anzuwenden.

Viel Spaß bei diesem Kurs! 🙂

Materialien

Arbeiten mit den Materialien

Um mit den Materialien arbeiten zu können, gehst du wie folgt vor:

  1. Klicke auf das Bild rechts neben dem Text
  2.  Lade dir die PDF herunter und drucke das Blatt aus (Tipp: Am besten Doppelseitig)
  3. Sehe dir das unten verlinkte Lernvideo an.
  4. Fülle die Lücken auf dem Blatt parallel zum Video aus.
  5. Übe mit den Übungsaufgaben.
  6. Überprüfe ob du das Blatt richtig ausgefüllt. Klicke dafür auf das Bild im Fenster Kontrolle.

Lernvideo

Übungsaufgaben

Aufgabe Versuche dich an den folgenden interaktiven Aufgaben! Gebe Ergebnisse auf zwei Nachkommastellen gerundet an.

Simulation - Optimierung einer Kiste

Simulation - Optimierung einer Kiste

Simulation: Kistenmaße anpassen

Eine offene rechteckige Kiste soll ein Volumen von \( 500 \, \text{cm}^3 \) haben. Passe die Länge \( l \) der Kiste an, um die minimale Oberfläche zu finden. Die Breite \( b \) passt sich automatisch im Verhältnis \( 1:2 \) an.

Bild der Kiste

Hier kann ein Bild eingefügt werden:

Kistenabbildung
Extremwertaufgabe - Kistenoptimierung

Extremwertaufgabe - Kistenoptimierung

Bild der Kiste

Aufgabe

Eine offene rechteckige Kiste soll ein Volumen von 500 cm3 haben. Die Breite der Kiste muss zwingend doppelt so groß sein wie deren Länge. Bestimmen Sie die Länge der Kiste so, dass der Oberflächeninhalt minimal ist.

Berechnen Sie die optimale Länge

Geben Sie die optimale Länge der Kiste in cm an (auf zwei Nachkommastellen gerundet):

cm
Extremwertaufgabe - Bau eines Geheges

Extremwertaufgabe - Bau eines Geheges

Schritt 1: Problem verstehen

Du möchtest ein rechteckiges Gehege an einer Hauswand bauen. Die Länge des Zauns beträgt 15 Meter. Bestimme die Seitenlängen des Rechtecks, damit der Flächeninhalt maximal wird.

Extremwertaufgabe - Optimierung einer Dose

Extremwertaufgabe - Optimierung einer Dose

Schritt 1: Problem verstehen

Du möchtest eine zylindrische Dose mit einem gegebenen Volumen \( V = 1000 \, \text{cm}^3 \) herstellen. Bestimme die Maße (Radius \( r \) und Höhe \( h \)), sodass der Materialbedarf (Oberfläche der Dose) minimal ist.

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Kontrolle

Nun ist es an der Zeit deine beschriebenen Materialien einmal selbst mit der Lösung zu vergleichen. Klicke auf das Bild um dir die Lösungen des Merkblattes anzuzeigen.

Korrigiere bei Bedarf!

Nächstes Kapitel

Wendepunkte und Krümmungsverhalten