Fortgeschritten Kurzaufgabe 5 Punkte ~15 Min. Mathematik & Logik

Integralrechnung und Flächeninhalt

Aufgabenstellung

Gegeben ist die Funktion ff mit f(x)=x24x+3f(x) = x^2 - 4x + 3, xRx \in \mathbb{R}.

  • (a) Berechnen Sie die Nullstellen von ff und skizzieren Sie den Verlauf des Graphen im Intervall [0;4][0; 4].
  • (b) Berechnen Sie den Inhalt der Fläche, die der Graph von ff mit der xx-Achse einschließt.

Lösungsweg

Schritt 1: Nullstellen bestimmen

x24x+3=0x^2 - 4x + 3 = 0

Mit der pp-qq-Formel (p=4p = -4, q=3q = 3):

x1/2=2±43=2±1x_{1/2} = 2 \pm \sqrt{4 - 3} = 2 \pm 1

x1=1,x2=3\boxed{x_1 = 1, \quad x_2 = 3}

Alternativ durch Faktorisierung: f(x)=(x1)(x3)f(x) = (x - 1)(x - 3).

Der Graph ist eine nach oben geöffnete Parabel mit Scheitel bei S(21)S(2 \mid -1), die die xx-Achse bei x=1x = 1 und x=3x = 3 schneidet.

Schritt 2: Stammfunktion aufstellen

F(x)=13x32x2+3xF(x) = \frac{1}{3}x^3 - 2x^2 + 3x

Kontrolle: F(x)=x24x+3=f(x)F'(x) = x^2 - 4x + 3 = f(x)

Schritt 3: Flächeninhalt berechnen

Da f(x)0f(x) \leq 0 im Intervall [1;3][1; 3] (der Graph liegt unterhalb der xx-Achse), gilt:

A=13f(x)dx=F(3)F(1)A = \left| \int_1^3 f(x) \, dx \right| = \left| F(3) - F(1) \right|

F(3)=27318+9=918+9=0F(3) = \frac{27}{3} - 18 + 9 = 9 - 18 + 9 = 0

F(1)=132+3=43F(1) = \frac{1}{3} - 2 + 3 = \frac{4}{3}

A=043=43A = \left| 0 - \frac{4}{3} \right| = \frac{4}{3}

A=431,33  FE\boxed{A = \frac{4}{3} \approx 1{,}33 \; \text{FE}}

Ergebnis

FrageAntwort
Nullstellenx1=1x_1 = 1, x2=3x_2 = 3
ScheitelpunktS(21)S(2 \mid -1)
FlächeninhaltA=431,33A = \frac{4}{3} \approx 1{,}33 FE

Schlagwörter

integralflaechenullstellenstammfunktion