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Forum "Schul-Analysis" - Symmetrie, Schnittwinkel
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Symmetrie, Schnittwinkel: Spiegelbild Zeigen & Winkel
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 16:52 Sa 01.01.2005
Autor: bodyzz

Hi Leute bin neu hier, mal schauen ob ihr mir helfen könnt:


Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt

also

gegeben:
f(x)=e^-x ; g(x)=1-e^-x; Df=Dg=R

b) Berechne Schnittpunkt und Schnittwinkel (-> komme bei Schnittwinkel nicht weiter)
c) Zeige: Gg ist das Spiegelbild von Gf bei der Achsenspiegelung an y=a. Bestimme a. (-> komme da überhaupt nicht weiter)

würde mich freuen wenn ihr mir helfen würdet einen Ansatz zu machen!

Mfg
bodyzz

        
Bezug
Symmetrie, Schnittwinkel: Ansätze
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 17:43 Sa 01.01.2005
Autor: Loddar

Hallo bodyzz !!

> Hi Leute bin neu hier.

Na dann: [willkommenmr] !!


> mal schauen ob ihr mir helfen könnt.

Ich denke schon ;-) ...

$f(x) = [mm] e^{-x}$ [/mm]
$g(x) = 1 - [mm] e^{-x}$ [/mm]
[mm] $D_f [/mm] = [mm] D_g [/mm] = [mm] \IR$ [/mm]

> b) Berechne Schnittpunkt und Schnittwinkel
> (-> komme bei Schnittwinkel nicht weiter)

Wo liegt denn dieser Schnittpunkt?

Für den Schnittwinkel zweier Geraden gilt folgende Formel:
[mm] $tan(\phi) [/mm] = [mm] \bruch{m_2 - m_1}{1 + m_1*m_2}$ [/mm]

In unserem Falle sind die beiden Geraden die entsprechenden Tangenten der beiden Funktionen f und g im Schnittpunkt
[mm] $S(x_S$ [/mm] | [mm] $y_S [/mm] = [mm] f(x_S) [/mm] = [mm] g(x_S))$. [/mm]


> c) Zeige: [mm] $G_g$ [/mm] ist das Spiegelbild von [mm] $G_f$ [/mm] bei der
> Achsenspiegelung an y=a. Bestimme a.
> (-> komme da überhaupt nicht weiter)

Dieser Wert y = a kann ja nur dem y-Wert des Schnittpunktes [mm] $y_S$ [/mm] entsprechen. Diesen Wert kennen wir ja bereits aus (a.).

Wenn Du Dir die beiden Kurven mal skizzierst, wirst Du sehen, daß für den Nachweis der (Achsen-)Symmetrie an der Gerade y = a für alle $x [mm] \in [/mm] D$ gelten muß: [mm] $\bruch{f(x) + g(x)}{2}= [/mm] a$


Kommst Du nun alleine weiter?
Sonst einfach nochmal nachfragen ...


Grüße
Loddar


Bezug
                
Bezug
Symmetrie, Schnittwinkel: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 18:24 Sa 01.01.2005
Autor: bodyzz

Loddar! Ich danke dir sehr!!! Kannst dir nicht vorstellen wie sehr du mir dabei geholfen hast.

diese Formel (f(x)+g(x))/2=a ... -> gilt die für alle Graphen wenn die vorherigen Vorraussetzungen stimmen?

in Teilaufgabe d)
Berechne den Inhalt der Fläche, die von der positiven x-Achse, der Geraden x=2, und den beiden Graphen begrenzt ist.

bei dieser Aufgabe bekomme ich den Wert 1,49 raus? Stimmt der, weil ich nicht die Lösungen für die Teilaufgabe d) habe.

Bezug
                        
Bezug
Symmetrie, Schnittwinkel: Antwort
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 18:51 Sa 01.01.2005
Autor: Loddar


> Loddar! Ich danke dir sehr!!! Kannst dir nicht vorstellen
> wie sehr du mir dabei geholfen hast.

[happy]


> diese Formel (f(x)+g(x))/2=a ... -> gilt die für alle
> Graphen wenn die vorherigen Voraussetzungen stimmen?

[ok]

Mal auf die Skizze sehen!
Für die genannte Achsensymmetrie gilt ja:
g(x) - a = a - f(x)

Erläuterung:
Der Abstand zwischen und a und f(x) ist (betragsmäßig) gleich groß dem Abstand zwischen g(x) und a.

Das umgeformt ergibt exakt die o.g. Bedingung:
[mm] $\Rightarrow$ $\bruch{f(x) + g(x)}{2} [/mm] = a$.


> d) Berechne den Inhalt der Fläche, die von der positiven
> x-Achse, der Geraden x=2, und den beiden Graphen begrenzt
> ist.
>  
> bei dieser Aufgabe bekomme ich den Wert 1,49 raus? Stimmt
> der, weil ich nicht die Lösungen für die Teilaufgabe d) habe.

[notok] *hmmm*
Hier habe ich ein anderes Ergebnis 'raus:
[mm] $A_{gesamt} \approx [/mm] 0,558$ [F.E.]

Dein Ergebnis kann aber nicht ganz stimmen (Plausibilität):
Wenn ich als (grobe) Näherung das Dreieck mit der Grundseite x=2 und der Höhe y=0,5 betrachte, erhalte ich:
[mm] $A_{Dreieck} [/mm] = [mm] \bruch{1}{2}*g*h [/mm] = [mm] \bruch{1}{2}*2*0,5 [/mm] = 0,5$ [F.E.]
Das spricht eher für mein Ergebnis (das betrachtete Dreieck ist auch etwas kleiner als die tatsächliche Fläche).

In welchen Grenzen integrierst Du denn ??
Wie lautet (lauten) denn Deine Stammfunktion(en) ??

Tipp: Du mußt zwei Teilflächen betrachten und anschließend addieren ...


Loddar


Bezug
                                
Bezug
Symmetrie, Schnittwinkel: Frage (beantwortet)
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 19:00 Sa 01.01.2005
Autor: bodyzz

Hi Loddar,

also ich habe 2 Teilflächen, welche ich addiere?? oder ist dieser Vorgang falsch?

[mm] \integral_{0}^{ln2} [/mm] {f(x) dx}

und

[mm] \integral_{ln2}^{2} [/mm] {g(x) dx}

die Stammfunktionen sind
F(x)=  [mm] -e^{-x} [/mm]
G(x)= x + [mm] e^{-x} [/mm]

ich glaub auch dass dein Ergebnis stimmt ;-)
jedoch finde ich meinen Fehler nicht? oder darf ich nicht auf diese Weise integrieren...??

schöne gruß
bodyzz

Bezug
                                        
Bezug
Symmetrie, Schnittwinkel: Korrektur
Status: (Antwort) fertig Status 
Datum: 19:33 Sa 01.01.2005
Autor: Loddar


> also ich habe 2 Teilflächen, welche ich addiere?? oder ist
> dieser Vorgang falsch?

[daumenhoch] Genau richtig ...


Achtung - jetzt kommt der klassische
*hau-mit-der-flachen-hand-auf-die-(eigene-)stirn* ;-) ...

Sieh' Dir mal Deine Skizze nochmal genauer an, und Du wirst feststellen, daß lediglich die Grenzen von f(x) und g(x) genau vertauscht sind:

[mm]A_1 = \integral_{0}^{ln2}{g(x) dx}[/mm]

[mm]A_2 = \integral_{ln2}^{2}{f(x) dx}[/mm]

[mm] $A_{gesamt} [/mm] = [mm] A_1 [/mm] + [mm] A_2$ [/mm]


> die Stammfunktionen sind
> [mm]F(x) = -e^{-x}[/mm]
> [mm]G(x) = x + e^{-x}[/mm]

[daumenhoch]


> ich glaub auch dass dein Ergebnis stimmt ;-)

[happy]


> oder darf ich nicht auf diese Weise integrieren...??

Klar doch. Siehe oben !!!


Loddar


Bezug
        
Bezug
Symmetrie, Schnittwinkel: Mögliche Lösung
Status: (Frage) beantwortet Status 
Datum: 18:15 Sa 01.01.2005
Autor: dominik

Diese Lösung ist parallel zu derjenigen von Loddar entstanden, stellt also eine kleine Ergänzung dar ...

[mm] f(x)=e^{-x} [/mm]
[mm] g(x)=1-e^{-x} [/mm]

1. Schnittpunkt von f und g:
[mm] f\cap g\hat= e^{-x}=1-e^{-x} \gdw 2e^{-x}=1 \gdw e^{-x}=\bruch{1}{2} \gdw -x=ln(\bruch{1}{2})=ln(1)-ln(2) \gdw [/mm] x=ln(2)-ln(1)=ln(2)
[mm] \Rightarrow f(ln2)=e^{-ln2}=e^{ln2^{-1}}=2^{-1}= \bruch{1}{2} [/mm]
Beide Grafen schneiden sich also im Punkt mit den Koordinaten (ln2 / [mm] \bruch{1}{2}). [/mm] Der y-Wert ist für den Teil der Symmetrie wichtig.


2. Schnittwinkel: hier brauchen wir die beiden Ableitungen:
[mm] f'(x)=-e^{-x} \Rightarrow f'(ln2)=-e^{-ln2}=-e^{ln2^{-1}}=-2^{-1}= -\bruch{1}{2}=m_{1} [/mm]
[mm] g'(x)=e^{-x} \Rightarrow g'(ln2)=e^{-ln2}=e^{ln2^{-1}}=\bruch{1}{2}=m_{2} [/mm]

Tangens des Schnittwinkels:
tan [mm] \gamma= \vmat{ \bruch{m_{2}-m_{1}}{1+m_{1}*m_{2}} }= \bruch{ \bruch{1}{2}+\bruch{1}{2}}{1-\bruch{1}{2}*\bruch{1}{2}}= \bruch{1}{ \bruch{3}{4}}=\bruch{4}{3} \Rightarrow \gamma \approx [/mm] 53.12°

3. Symmetrie:
Die Kurven schneiden sich im Punkt (ln2/ [mm] \bruch{1}{2}). [/mm] Das bedeutet, dass sie zur Geraden y= [mm] \bruch{1}{2} [/mm] symmetrisch verlaufen - falls eine Symmetrie zu einer Geraden parallel zur x-Achse überhaupt vorhanden ist.
Idee: wir verschieben beide Kurven um  [mm] \bruch{1}{2} [/mm] nach unten. Sie schneiden sich dann auf der x-Achse. Dann weisen wir eine Symmetrie zur x-Achse nach.
Also: Die Gleichungen der beiden verschobenen Grafen:
[mm] f°(x)=e^{-x}- \bruch{1}{2} [/mm] und [mm] g°(x)=1-e^{-x}- \bruch{1}{2}= \bruch{1}{2}-e^{-x} [/mm]
Spiegelung von f° an der x-Achse: y wechselt das Vorzeichen:
Aus [mm] y=e^{-x}- \bruch{1}{2} [/mm] wird [mm] -y=e^{-x}- \bruch{1}{2}; [/mm]
beide Seiten werden mit -1 multipliziert:
[mm] y=-(e^{-x}- \bruch{1}{2})=-e^{-x}+ \bruch{1}{2}. [/mm]
Dies ist aber die Gleichung von g°! Damit ist die Symmetrie bewiesen.

Viele Glück zum neuen Jahr!
dominik

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