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Differenzialquotient

Frage: Differenzialquotient
(9 Antworten)

 
Hay kann jemand mir vielleicht helfen ich habe diese Aufgaben in Mathe und ich verstehe gar nicht der Lehrer hat uns gar nichts erklärt es wäre sehr nett wenn ihr mir helfen könntet

v(t ; t ) = s(t zwei) -(t eins)/t zwei-t eins steht im folgenden für die Durchschnittsgeschwindigkeit (mittlere Geschwin-

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t 2 − t 1
P 0 (0 | ?) und P 20 (20 | ?) ) in das unten stehende Koordinatensystem ein und bestimmen Sie die

digkeit, Differenzenquotient, mittlere Änderungsrate) zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 .

d) Berechnen Sie v(0; 20) , zeichnen Sie die entsprechende Sekante (die Gerade durch die Punkte

Steigung dieser Geraden.
e) Berechnen Sie nun v(10; 20) , zeichnen Sie wieder die entsprechende Sekante in das unten stehen- de Koordinatensystem ein und bestimmen Sie auch deren Steigung.
f) Beschreiben Sie die Bedeutung der Steigung der Sekante des t-s-Graphen durch zwei Punkte P(t 1 |s 1 ) und P(t 2 |s 2 ) imSinnederSachaufgabe.
g) Vervollständigen Sie die folgende Tabelle.
Vorsicht!
h) Notieren Sie den Wert, gegen den die im Aufgabenteil g) berechnete Folge von Werten für die Durchschnittsgeschwindigkeit v(t 1 ; 20) offensichtlich strebt, wenn t 1 gegen 20 strebt.
i) Zeichnen Sie unter Beachtung des Ergebnisses aus Aufgabenteil h) die Tangente an den t-s- Graphen im Punkt P 20 (20 | ?) im unten stehenden Koordinatensystem ein.
j) Vervollständigen bzw. überdenken Sie die folgenden Aussagen unter Beachtung der Ergebnisse der Aufgabenteile d) bis g) :
  • Die Momentangeschwindigkeit des Schlittens zum Zeitpunkt 20sec ist nicht gleich v(20; 20) , weil ...
  • Mit Hilfe des Terms v(t 1 ; 20) lässt sich die Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt 20 sec nicht unmittelbar berechnen, weil ...
  • Die Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt 20 Sekunden ist der Grenzwert der Folge der Durchschnittsgeschwindigkeiten v(t 1 ; 20) , wenn t 1 gegen 20 strebt, wobei t 1 ≠ 20 für alle
    Folgenglieder gelten muss, obwohl der Abstand zwischen 20 und t 1 immer kleiner wird.
  • Die Steigung der Tangente zu einem Graphen lässt sich rechnerisch aus einer Folge von Stei-
    gungen von Sekanten bestimmen, denn ...
  • Die Steigung der Tangente an den t-s-Graphen im Punkt P 20 (20 | ?) beschreibt den Wert der

t 1

0

10

16

19

19,9

19,99

19,999

.....

20

v(t 1 ;20)

Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt 20 Sekunden, denn ...
• Die Momentangeschwindigkeit des Schlittens zum Zeitpunkt 20 Sekunden beträgt exakt 10 m ,

sec • Mit Hilfe des Terms v(t 1 ; 20) lässt sich die Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt 20 Se-

denn ...

kunden bestimmen, denn ...
  • Die Momentangeschwindigkeit zum Zeitpunkt 20 Sekunden ist die Geschwindigkeit, die der
    Schlitten gleichförmig beibehalten würde, wenn er ab diesem Zeitpunkt nicht mehr weiter be- schleunigen würde (Die Schräge würde dann nicht in einem Baum münden, sondern ...?!).
  • Die Tangente an den t-s-Graphen im Punkt P 20 (20 | ?) würde für Zeiten größer 20 Sekunden die Bewegung des Schlittens beschreiben, wenn ...
    k) BestimmenSiedieMomentangeschwindigkeitdesSchlittenszumZeitpunkt10Sekunden.
ANONYM stellte diese Frage am 14.01.2018 - 22:23


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Antwort von Ratgeber | 14.01.2018 - 22:30
Aus deinem Text wird kaum einer schlau... geht es vielleicht um diese Aufgabe ?

 
Antwort von ANONYM | 14.01.2018 - 22:32
ja


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Antwort von Ritchy (ehem. Mitglied) | 15.01.2018 - 14:44
Ich habs mir angeschaut, Aufgaben a) - c) hast Du selbst gelöst? Bei Aufgabe d) setzt Du die Werte ein, also t1 = 0, t2 = 20 [Sekunden] s(t1) = 0, s(t2) = 100 [Meter], wenn Du es ausrechnest, ergibt sich nach der Formel die Durchschnittsgeschwindigkeit v(t1;t2) = 5 m/s. Damit folgt P0(0|0) und P20(20|100).

Die beiden Punkte verbindest Du in der Zeichnung mit der Kurve und es resultiert die Sekante.
e) jetzt setzt Du in die 1. Formel s(t) = 1/4 t2 die entsprechenden Werte ein, einmal 10 und einmal 20. s(10) = 25, den anderen Wert hast Du schon mit 100, oder schau in die Wertetabelle. Punkte: P10(10|25) und P20(20|100). Punkte verbinden und Du hast die nächste Sekante. Dann in die 2. Formel einsetzen: v = 75m/10s = 7,5 m/s.
f) Die Sekante liegt enger an Kurve und die Durchschnittsgeschwindigkeit nimmt zu.
Je höher die Steigung der Sekante, je höher die Durchschnittsgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit insgesamt wegen des Abhanges immer grösser wird, weiter wächst. Die Steigung der Sekante ist die Durchschnittsgeschwindigkeit. Man ermiitelt ja das Steigungsmass einer Geraden oder Strecke (Sekante ist ja eine Strecke) durch die 2-Punkte-Formel, genau das haben wir hier gemacht.
g) Die 2. Formel kennst Du ja, im Zähler ist der 1. Wert 100, also steht dort 100 - s(t1), das ganze dividiert durch 20 - t1. Vorsicht, im Nenner darf nicht 0 stehen, also t1 darf nicht genau 20 werden! Die Ergebnisse zeigen, dass die Durchschnittsgeschwindigkeit sich immer mehr den 10 m/s annähert, sie aber nie erreicht, setzte die Werte ein und Du wirst es sehen. setze auch 19,99999 für t1 ein bei den Punkten.


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Antwort von Ritchy (ehem. Mitglied) | 15.01.2018 - 15:22
h) Der Grenzwert strebt gegen 10 m/s.
i) Tangente im Punkt P20(20|100) zeichnen. Ich vermute mal, dass sie die Steigung 10 hat. Du musst sie aussen einzeichnen und sie darf die Kurve nur in diesem Punkt berühren, innen lagen ja die Sekanten. Der Trick ist, dass je mehr Du Dich an dem Punkt mit dem Grenzwert näherst am Ende keine Sekante mehr existiert, sondern eine Tangente...
j) (1) weil eine Division durch Null nicht definiert ist oder unendlich wäre.
...(2) siehe (1).
...(3) stimmt, weil wir es ja ausgerechnet haben und die Vorsichtsregel beachtet ........haben.
...(4), denn die letzte (Grenz-)sekante hätte dieselbe Steigung wie die Tangente.
...(5), denn die Tangente hat ja die Steigung der "letzten denkbaren Sekanten" mit ........der Steigung 10 [m/s] als Momentangeschwindigkeit.
...(6), denn wir haben diesen Grenzwert ausgerechnet, siehe a).
...(7), denn wir können t1 immer näher an den Wert 20 streben lassen und das ........Ergebnis nähert sich dann immer mehr dem Wert 10 m/s an.
...(8), sondern in einer flachen Ebene, die aber keine Reibung hätte. Würde die ........Steigung des Hügels bei 5% weitergehen, würde ja laut Graphen die ........Beschleunigung fortschreiten, war ja vorher auch so. reibung darf es nicht ........geben, weil ja sonst der Schlitten abbremst.
...(9), wenn der Hügel weiter ginge mit demselben Gefälle von 5%.
k) Einsetzen in die 2. Formel t1=0, t2=10 vorher natürlich in die 1. Formel einsetzen um s zu berechnen, bei t1 ist es 0, bei t2 ist es 25. Bei Einsetzen in die 2. Formel kommt 25m/10s = 2,5m/s heraus. Verdoppelung der Zeit führt also zur Vervierfachung der Momentangeschwindigkeit und damit wohl des Weges.


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Antwort von Ritchy (ehem. Mitglied) | 15.01.2018 - 15:37
Ich habe einen Fehler gemacht bei k)!
Du musst ja den Grenzwert bei 10 Sekunden berechnen, also t1= 9,999sec. und t2=10sec.!
Ich habe oben die Durchschnittsgeschwindigkeit von 0 sec. bis 10 sec. berechnet, gefragt war aber die Momentangeschwindigkeit!
Je kleiner die Abstände der Zeitangaben, umso kleiner wird die dabei zurückgelegte Wegstrecke und die Durchschnittsgeschwindigkeit nähert sich der Momentangeschwindigkeit an einem Punkt an, bis sie etwa gleich sind (Grenzwert).


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Antwort von Ritchy (ehem. Mitglied) | 15.01.2018 - 15:45
Also Einsetzen in die Formeln. Als Ergebnis erhält man bei Aufgabe k als Momentangeschwindigkeit den Grenzwert von 5m/s!
Die gepunkteten Linien oben sollten der Formatierung dienen, hat aber nicht ganz geklappt.


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Antwort von Ritchy (ehem. Mitglied) | 15.01.2018 - 16:16
Auf Youtube gibt es gute Lernvideos: Momentangeschwindigkeit berechnen Schlittenfahrt eintippen.


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Antwort von irem6 | 15.01.2018 - 21:50
Danke liebes das ist wirklich so nett von dir dass du alles schritt für Schritt erklärst hast


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Antwort von Ritchy (ehem. Mitglied) | 15.01.2018 - 22:11
Na ja, liebes...(?), richtig wäre lieber oder liebster. Kleine Korrektur, die vorletzte denkbare Sekante hätte die Steigung der Tangente, denn die letzte wäre ja unendlich bei t=20, oder senkrecht, oder nicht definiert...also t=19,999999999...usw.( das wäre die vorletzte Sekante).

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