Mathematik verstehen 7, Schulbuch

129 KoMpetenzcheck aUFgaBeN VOM tyP 2 6 . 24 Knotenparabel Die abgebildete Kurve k ist Teil einer so genannten Knotenparabel (parabola nodata). Sie besitzt die Parameterdarstellung: X(t) = ​ 2 t​ ​ 2 ​ 1 ​ t _ 4 ​ ​ ​· (4 – ​t​ 2)​ 3 ​ mit t * [– 3; 3]. a) ƒ Gib die Parameterwerte an, die zu den Punkten A, B, C, D, E und F gehören! ƒƒGib die kartesischen Koordinaten des Anfangs- und Endpunkts der Kurve k an! b) ƒ Zeige: Die Kurve k kann durch die Gleichung y​ ​ 2 ​= ​x _ 16​· ​(4 – x)​ 2​für 0 ª x ª 9 beschrieben werden. ƒƒZerlege die Kurve k in zwei Funktionsgraphen und gib Termdarstellungen der zugehörigen Funktionen an! c) Man kann zeigen: Ist X(t) = (x(t) 1 y(t)) eine Parameterdarstellung der Knotenparabel, dann ist der aus den Ableitungen bestehende vektor ​ ​ _ À t ​= (​˙ x(​t) 1 ​ ˙ y​(t)) ein Tangentenvektor im Punkt X(t). ƒƒGib eine Formel für ​ ​ _ À t​an! ƒƒErmittle die Tangentenvektoren der Kurve k im Kreuzungspunkt der Kurve und zeichne die Tangenten in die Abbildung ein! 6 . 25 Kardioide Die Abbildung zeigt eine spezielle Kardioide (herzkurve) mit der Parameterdarstellung X(t) = (4 · (1 – cos(t)) · cos(t) 1 4 · (1 – cos(t)) · sin(t)) für 0 ª t < 2 π. a) ƒ Berechne für diese Kardioide die Parameterwerte der Punkte auf den Koordinatenachsen! ƒƒGib die kartesischen Koordinaten dieser Punkte an! b) ƒ Zeige, dass für den Abstand r des Punktes X(t) vom Ursprung O = (0 1 0) gilt: r = 4 · (1 – cos(t)) ƒƒBerechne die kartesischen Koordinaten des Punktes auf der Kardioide, der von O den größten Abstand hat! c) ƒ Zeige, dass die Kardioide durch die Gleichung (​x​ 2​+ ​y​ 2)​ ​ 2​+ 8x · (​x​ 2​+ ​y​ 2)​ – 16​y​ 2​= 0 beschrieben werden kann. Setze dazu in der Gleichung r = 4 · (1 – cos(t)) für r und cos(t) ein: r = ​ 9 ____ x​ ​ 2​+ ​y​ 2​​ und cos(t) = ​ x _ r ​= ​ x __ ​ 9 ____ ​x​ 2​+ ​y​ 2​​ ​ ƒƒAllgemein besitzt eine Kardioide die folgende Parameterdarstellung: X(t) = (2a · (1 – cos(t)) · cos(t) 1 2a · (1 – cos(t)) · sin(t)) für a * ​ ℝ​ +​und 0 ª t < 2 π Beschreibe mit Technologiehilfe, wie sich die Kardioide ändert, wenn a wächst! x y E D C B F A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 – 3 – 2 – 1 0 x x r t y y 1 – 8 – 6 – 4 – 2 1 2 3 4 5 – 4 – 2 0 X(t) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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