Extremwerte

Aufgabe: Das Maximum in der folgenden Grafik muss rechnerisch nachgeprüft werden.

Kubische_Parabel

 

Rechnerische Kontrolle mit Maxima-Online:
http://maxima-online.org/?inc=r819714133

Übung: Man kontrolliere die Extremwerte durch Berechnung mit CAS Maxima http://maxima.online.org
Man kann sich auch mit dem Geogebra-Zeichenblatt einen Überblick verschaffen: http://www.geogebratube.org/student/m96676

MAXI_MO
Programmcode dazu:

Punkt: matrix(
[-3,0],
[0,-1],
[3,2],
[6,0]
);
Punkt:args(Punkt);
f(x):=x[2]=a*x[1]^3+b*x[1]^2+c*x[1]+d;
g:map(f,Punkt);
l:solve(g,[a,b,c,d]);
KP:y=a*x^3+b*x^2+c*x+d,l;

ratprint:false;
e:solve(diff(rhs(KP),x)=0,x),numer;
x1:x,e[1];x2:x,e[2];
y1:rhs(KP),x=x1;y2:rhs(KP),x=x2;
x1:floor(x1*100+0.5)/100.0;x2:floor(x2*100+0.5)/100.0;
y1:floor(y1*100+0.5)/100.0;y2:floor(y2*100+0.5)/100.0;
Extremwerte:[[x1,y1],[x2,y2]];

Ausführung mit Maxima Online: http://maxima-online.org/?inc=r2087016275

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Gerade durch 2 Punkte

Aufgabe; Geradengleichung mit Geogebra

a) einfach zeichnen oder
b) polynom[{A,B}] image 

Lösung mit Maxima Online
http://maxima-online.org/?inc=r1437297732

 

Wir brauchen das für die Berechnung von linearen Funktionen in der Kosten und Preistheorie. Am ehesten für die Berechnung einer linearen Kostenfunktion. Und häufig zur Berechnung der Nachfragefunktion.

Nullstellen einer Polynomfunktion

Aufgabe: Die Nullstellen einer gegebenen Polynomfunktion 4. Grades sind zu bestimmen.

Programmcode:

p4(x):=x^4-x^3-10*x^2-x+1;
l1:realroots(p4(x));
l1:l1,numer;
l2:allroots(p4(x));
l3:solve(p4(x)=0,x);
l3:l3,numer;

Maxima Online: http://maxima-online.org/?inc=r-1272412770

Anmerkung: warum eine der vier Lösungen mit realroots() von den anderen Ergebnissen abweicht ist mir nicht geläufig.

Man löse diese Aufgabe auch mit dem Geogebra-Zeichenblatt! http://www.geogebratube.org/student/m132327
Wie das geht, sieht man im Youtube-Video: http://youtu.be/ZWbc0EWL3ko
Unbedingt selbst ausprobieren!

Anmerkung: Ohne Computereinsatz wäre diese Aufgabe wohl sehr schwierig und rechenaufwändig. Man sollte sich Gedanken darüber machen, dass das kaum geht. Auch das sogenannte Newtonsche Näherungsverfahren (dazu braucht man die erste Ableitung der Polynomfunktion) und wenigstens ein Tabellenkalkulationsprogramm. Mit  einem Taschenrechner kann das schon viel Tipparbeit sein.

Übung 1:
Zeige, dass die Funktion p3(x)=x^3+x-1 nur eine reelle und dafür zwei komplexe Lösungen hat!

Übung 2: (Kleingruppenarbeit)

Mit dem Geogebra-Zeichenblatt http://www.geogebratube.org/student/m132327 kann man mit polynom[{A,B,C,D,E}] Beispiele für Polynome 4. Grades erzeugen die

  • 4 Nullstellen,
  • 2 Nullstelle oder
  • gar keine Nullstelle

haben.

Polynome 5. Grades aus 6 Punkten und

  • 1 Nullstelle,
  • 3 Nullstellen und
  • 5 Nullstellen

sollten auch zu finden sein.

Damit kann man das Geogebra-Ergebnis nachrechnen:
http://maxima-online.org/?inc=r-1061486953

Es gibt geeignete Funktionen siehe http://maxima-online.org/?inc=r-1058806523, aber man soll seine Beispiele mit dem Geogebra-Zeichenblatt finden.

Im Geogebra Formelrechner http://www.geogebratube.org/student/m96860 muss man die imaginäre Einheit mit ALT+i eingeben! Abschluss einer Zeilen mit ENTER, SHIFT+ENTER und STRG+ENTER haben unterschiedliche Auswirkungen.

Wir konstruieren eine Polynomfunktion 4. Grades!

keine_Nullstellen

Tangenten und ihre Hüllkurve

Aufgabe:

Die Tangenten an y=x² im Bereich [-5,5] sind zu ermitteln und in einer Grafik darzustellen. Wenn man die Funktion auch einzeichnet, ergibt sich eine Hüllkurve für die Tangenten.

Die Lösung soll schrittweise entwickelt werden. Wo liegen die Schwächen der einzelnen Programmversionen? Es soll eine Anwendung auch auf andere Funktionen möglich werden.

Lösungsüberlegungen:

  1. Maxima Online: http://maxima-online.org/?inc=r-1294288297
  2. Mit Hüllkurve: http://maxima-online.org/?inc=r2099680601
  3. Mit Ermittlung der Tangentengleichung: http://maxima-online.org/?inc=r872193857
  4. Verbesserte Plot-Anweisung: http://maxima-online.org/?inc=r384379534

Programmcode:

p(x):=x^2;
ab:diff(p(x),x);
k:ab,x=a;
f:k*(x-a)+p(a);
a:makelist(i,i,-5,5);
f:2*a*(x-a)+a^2;
f:append(f,[p(x)]);
plot2d(f, [x,-5,5]);

Die Ausführung mit Maxima-Online: http://maxima-online.org/?inc=r-857523419
Eine weitere Programmverbesserung: http://maxima-online.org/?inc=r-873546065 (es wäre noch interessant, wenn geeignete Bereichsgrenzen automatisch ermittelt werden könnten)

Programmcode mit Eingabe der Grenzen:

p(x):=-x^2;
D:[-20,20];
ab:diff(p(x),x);
k:ev(ab,x=a);
g:k*(x-a)+p(a);
a:makelist(i,i,D[1],D[2]);
f:''g;
f:append(f,[p(x)]);
plot2d(f, [x,D[1],D[2]]);

Ergebnis für p(x)=x² und D:[-5,5]:

parabel_tangenten

Polynomfunktion berechnen und zeichnen

1. Aufgabe: Man berechne die Polynomfunktionen zu den folgenden Punktelisten mit Hilfe von http://maxima-online.org/?inc=r-1848088314 und zeichne diese mit Geogebra oder mit dem Zeichenblatt.

  1. [[0,0],[3,1],[7,4]]
  2. [[-3,0],[0,-5],[4,0],[8,1]]
  3. [[-5,2],[-2,-2],[1,1],[5,3],[8,-2]]

Wie man das Beispiel 1 machen kann, zeigen wir auf Youtube. Der Film wurde unter Windows aufgezeichnet.

2. Aufgabe: Man stelle in einer Kleingruppenarbeit 10 relevante Fragen, die sich aus der ersten Aufgabe ergeben und dokumentiere deren Beantwortung.


Hintergrundinformation zum verwendeten Maxima-Programm: https://casmaxima.wordpress.com/2014/04/08/ein-polynom-zur-einer-gegebenen-punkteliste-bestimmen/

Geogebrabook zu diesem Thema: http://geogebratube.org/student/b119462#


 

Diverse Aufgaben zur Kosten- und Preistheorie

Begriffserklärung:
Die Kosten- und Preistheorie ist eine Anwendung der Analysis (Infinitesimalrechnung) auf Fragestellungen der Betriebswirtschaftslehre. Das Anliegen ist, Erklärungsmodelle zu liefern.

Themen:

  • Nachfragefunktion
  • Sättigungsmenge
  • Preisobergrenze
  • Umsatz (Erlös)
  • Kosten
  • Gewinn

Aufgabe 1: Sättigungsmenge
Wenn der Preis sinkt, nimmt die Nachfrage normalerweise zu, bis man bei einem Preis p = 0 GE die Sättigungsmenge erreicht  (Snobeffekt: „Was nichts kostet, ist nichts wert!“).

Programmcode:

p(x):=0.11*x**2-1.5*x+4.39;
l:realroots(p(x)),numer;
xs:x,l[1];
xs:floor(xs*100+0.5)/100.0;

Erklärung:

  1. Gegeben ist eine quadratische Nachfragefunktion.
  2. Wenn der Preis Null ist, erhält man die Sättigungsmenge.
  3. Die quadratische Gleichung hat zwei Lösungen, die erste davon ist die Sättigungsmenge.
  4. Die Sättigungsmenge wird auf 2 Dezimalen gerundet.

Lösung mit Maxima Online:

Sättigungsmenge: http://maxima-online.org/?inc=r-1303960272
Mit Probe: http://maxima-online.org/?inc=r-1005449959

Zusatzaufgaben:

  1. Man zeichne die Nachfragefunktion mit Maxima.
  2. Man zeichne die Nachfragefunktion mit Geogebra.
  3. Man ermittle die Sättigungsmenge mit Geogebra.

Aufgabe 2: Preisobergrenze
Wenn der Preis zu hoch wird, sinkt die Nachfrage auf NULL.  Diese Preisobergrenze wird auch als Höchstpreis bezeichnet. Wir bestimmen zunächst eine quadratische Nachfragefunktion aus drei Punkten und berechnen dann die Preisobergrenze.

Programmcode:

Nachfrage:[[0,10],[4,3],[8,0]];
g(X):=X[2]=a*X[1]^2+b*X[1]+c;
g:map(g,Nachfrage);
l:solve(g,[a,b,c]);
p:a*x^2+b*x+c,l;
plot2d([p], [x,0,8]);

Lösung mit Maxima Online: http://maxima-online.org/?inc=r-551113382
mit Berechnung der Preisobergrenze: http://maxima-online.org/?inc=r-969524826

 

 

Berechnungen mit Parabeln

Ausgangspunkt

Mit diesem Geogebraarbeitsblatt kann man zahlreiche Aufgaben generieren:http://geogebratube.org/student/m2840 (von John Golden)

Vertex ist der Scheitelpunkt der Parabel.

1. Aufgabe

Aufgabe1

Man bestimme die Gleichung dieser Parabel!

Die Lösung ist einfach, weil man drei Punkte leicht ablesen kann.

Programmcode

x1:0;y1:-4;
x2:4;y2:4;
x3:8;y3:-4;
Parabel:y=a*x^2+b*x+c;
g1:Parabel,x=x1,y=y1;
g2:Parabel,x=x2,y=y2;
g3:Parabel,x=x3,y=y3;
l:solve([g1,g2,g3],[a,b,c]);
Parabel,l;

Aufgabe 2

Aufgabe2

Man bestimmte die Fläche des eingeschriebenen Dreiecks. Kluge Köpfe vermögen die Lösung durch Kopfrechnen anzugeben. Es soll aber gezeigt werden, wie die Fläche aus den Eckpunkten bestimmt werden kann.

Programmcode

x1:0;y1:-4;
x2:4;y2:4;
x3:8;y3:-4;
a:sqrt((x3-x2)^2+(y3-y2)^2);
b:sqrt((x1-x3)^2+(y1-y3)^2);
c:sqrt((x2-x1)^2+(y2-y1)^2);
s:(a+b+c)/2;
F:sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c));

Ausführung mit Maxima Online: http://maxima-online.org/?inc=r1218058705

Dreieck und Parabel

Aufgabe:

Man zeichne eine Parabel durch die Eckpunkte des Dreiecks
http://www.geogebratube.org/student/m89089 und kontrolliere die Gleichung der quadratischen Funktion.
Berechnung aus den drei Punkten mit (a) Maxima und b) Geogebra CAS.
Vereinbarung: Für verschiedene Aufgabestellungen darf NUR der Punkt C verändert werden.

Programmcode:

x1:0;y1:0;
x2:7;y2:0;
x3:4;y3:4;
g(x,y):=y=a*x^2+b*x+c;
g1:g(x1,y1);
g2:g(x2,y2);
g3:g(x3,y3);
l:solve([g1,g2,g3],[a,b,c]);
Parabel:g(x,y),l;

Berechnung der Parabel mit Maxima Onlinehttp://maxima-online.org/?inc=r282559695

Berechnung der Parabel mit Geogebra CAShttp://www.geogebratube.org/student/m89186

Polynomfunktionen aus Punktelisten berechnen

Link zu Maxima Online: http://maxima-online.org/?inc=r-399563279

Möglichst hohe Allgemeingültigkeit wurde oben angestrebt. Bei der Obergrenze und Untergrenze der Graphik ist das noch nicht der Fall. Es muss eine passende Begrenzung errechnet werden. Das wird sich wohl an der Liste der Nullstellen orientieren. Es sollten alle Nullstellen sichtbar sein.

Weitere Beispiele durch Veränderung der Punkte-Liste: