Mathematik verstehen 5, Schulbuch

174 8 NICHTLINEARE FUNKTIONEN 8.3 Proportionalitäten höherer Ordnung Funktionen der Form f ​(x) ​= c · x​ ​ 2​ 8.36 Ein Auto der Masse m = 1 500 kg durchfährt mit der Geschwindigkeit v (in m/s) eine Kurve vom Radius r = 50 m. Die Formel zur Berechnung der Fliehkraft in Newton lautet: F​ = ​​m v ​ 2​ _ r ​. 1) Gib eine Termdarstellung der Funktion F​: v ¦ F ​(v) ​an und zeichne deren Graphen! 2) Zeige: Der 2-fachen, 3-fachen, k-fachen Geschwindigkeit entspricht die 4-fache, 9-fache, k​ ​2​-fache Fliehkraft. 3) Gib an, welche Art von Proportionalität zwischen Fliehkraft und Geschwindigkeit vorliegt! LÖSUNG 1) F (v) = ​ m · ​v ​2​ _ r ​= ​ 1 500 · ​v​2​ __ 50 ​= 30 · ​v​ 2 ​ 2) F (2 · v) = 30 · (2 · v)2 = 30 · (4 · v2) = 4 · (30 · v2) = 4 · F (v) ​F ​( 3 · v) ​= 30 · ​(3 · v) ​2 ​= 30 · ​(9 · ​v ​2​) ​= 9 · ​(30 · ​v ​2​) ​= 9 · F (v)​ ​F ​( k · v) ​= 30 · ​(k · v) ​2 ​= 30 · ​k ​2 ​· ​v ​2 ​= k ​2 ​· ​(30 · ​v ​2​) ​= ​k ​2​ · F ​(v)​ 3) Die Fliehkraft F ist zur Geschwindigkeit v weder direkt noch indirekt proportional, die Fliehkraft F ist aber zum Quadrat der Geschwindigkeit v direkt proportional (mit dem Proportionalitätsfaktor 30). Definition Gilt f(x) = c·​x​2​ (mit c ≠ 0), dann sagt man: f (x) ist direkt proportional zum Quadrat von x (mit dem Proportionalitätsfaktor c). Die größtmögliche Definitionsmenge einer solchen Funktion ist R. Bei praktischen Anwendungen wählt man aber meist ​R ​ 0 ​+ ​oder eine Teilmenge von ​R ​ 0 ​+ ​. 8.37 Die Funktionswerte f (x) einer Funktion f sind zu den Quadraten der Argumente x direkt proportional. Es ist a) f (2) = 32, b) f (4) = 240. Gib eine Funktionsgleichung von f an! 8.38 Beim freien Fall eines Körpers (ohne Berücksichtigung des Luftwiderstands) ist die Länge s (t) des in der Zeit t zurückgelegten Wegs annähernd direkt proportional zu t​​2 ​ ​mit dem Proportionalitätsfaktor 5 (t in Sekunden, s (t) in Meter). a) Zeichne den Graphen der Funktion s: t ¦ s(t)für0ªtª5! b) Ermittle durch Rechnung, auf das Wievielfache der zurückgelegte Weg wächst, wenn die Zeit verfünffacht wird! 8.39 Der Flächeninhalt A (r) eines Kreises mit dem Radius r ist durch A (r) = ​r​2 ​· π gegeben. a) Gib an, welche Art von Proportionalität zwischen A (r) und r besteht! Begründe! b) Zeichne den Graphen der Funktion A: r ¦ A(r)für0ªrª4! c) Der Radius r wird verhundertfacht. Berechne, auf das Wievielfache dadurch A (r) wächst! d) Ermittle, auf das Wievielfache r vergrößert werden muss, damit A (r) verhundertfacht wird! 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000 90 000 100 000 F(v) (in N) 0 1020304050 v (in m/s) 60 AUFGABEN R Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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