Zuletzt geändert: Fr, 21.10.2005

«K12/K13» 14. Hausaufgabe «PDF», «POD»




0.0.1 14. Hausaufgabe

0.0.1.1 Analysis-Buch Seite 37, Aufgabe 32

\mathrm{f}(x) := \begin{cases} {} \frac{1}{2}x + \frac{1}{2} & \text{f"ur } x \in \left[0, 3\right]; \\ {} -x + 5 & \text{f"ur } x \in \left]3, 4\right]; \end{cases}f(x) := 1 2x + 1 2 f”ur x 0,3; x + 5f”ur x 3,4;

\mathrm{F}(x) = \begin{cases} {} \frac{1}{4}x^2 + \frac{1}{2}x & \text{f"ur } x \in \left[0, 3\right]; \\ {} \frac{15}{4} & \text{f"ur } x = 3; \\ {} -\frac{1}{2}x^2 + 5x - \frac{27}{4} & \text{f"ur } x \in \left]3, 4\right]; \end{cases}F(x) = 1 4x2 + 1 2x f”ur x 0,3; 15 4 f”ur x = 3; 1 2x2 + 5x 27 4 f”ur x 3,4;

\renewcommand{\arraystretch}{1.5} \left.\begin{array}{l} {} \mathrm{F} \text{ stetig in } D_{\mathrm{f}}; \\ {} \left.\begin{array}{l} {} \lim\limits_{x \to 3-} \mathrm{F}'(x) = 2 \\ {} \lim\limits_{x \to 3+} \mathrm{F}'(x) = 2 {} \end{array}\right\} = {} \mathrm{F}'(3) = \mathrm{f}(x); \end{array}\right\} \Rightarrow \mathrm{F}' = \mathrm{f}'; F stetig in Df; limx3F(x) = 2 limx3+F(x) = 2 = F(3) = f(x); F = f;

Berechne

a)

\int\limits_0^3 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \mathrm{F}(3) - \mathrm{F}(0) = \frac{15}{4};03f(x)dx = F(3) F(0) = 15 4 ;

b)

\int\limits_3^4 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \mathrm{F}(4) - \mathrm{F}(3) = \frac{3}{2};34f(x)dx = F(4) F(3) = 3 2;

c)

\int\limits_0^4 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \mathrm{F}(4) - \mathrm{F}(0) = \int\limits_0^3 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x + \int\limits_3^4 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \mathrm{F}(3) - \mathrm{F}(0) + \mathrm{F}(4) - \mathrm{F}(3) = \mathrm{F}(4) - \mathrm{F}(0) = \frac{21}{4};04f(x)dx = F(4)F(0) =03f(x)dx+34f(x)dx = F(3)F(0)+F(4)F(3) = F(4)F(0) = 21 4 ;

0.0.1.2 Analysis-Buch Seite 37, Aufgabe 34

\mathrm{f}(x) := \sqrt{4 - x^2}; \quad D_{\mathrm{f}} = \left[-2, 2\right];f(x) := 4 x2;Df = 2,2;

a)

Zeige, dass für (x_0, y_0) \in G_{\mathrm{f}}(x0,y0) Gf gilt: x_0^2 + y_0^2 = 4;x02 + y02 = 4;

x_0^2 + y_0^2 = x_0^2 + \mathrm{f}(x_0) = x_0^2 + 4 - x_0^2 = 4;x02 + y02 = x02 + f(x0) = x02 + 4 x02 = 4;

Was folgt daraus für die Form von G_{\mathrm{f}}Gf?

\mathrm{f}f beschreibt einen Halbkreis mit Radius r = \sqrt{4} = 2r = 4 = 2.

b)

Berechne mit Holfe geometrischer Überlegungen

  • \int\limits_{-2}^{+2} \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \frac{\pi r^2}{2} = 2\pi;2+2f(x)dx = πr2 2 = 2π;

  • \int\limits_0^{+2} \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \frac{\pi r^2}{4} = \pi;0+2f(x)dx = πr2 4 = π;

  • \int\limits_0^1 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = r^2 \frac{\alpha}{2} + \frac{1}{2} \cdot 1 \cdot \mathrm{f}(1) = \frac{1}{2}\left(\frac{\pi}{2} - \operatorname{arctan} \frac{\mathrm{f}(1)}{1}\right) \, r^2 + \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\frac{\pi}{2} - \frac{\pi}{3}}{2} r^2 + \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{\pi}{3} + \frac{\sqrt{3}}{2};01f(x)dx = r2α 2 + 1 2 1 f(1) = 1 2 π 2 arctan f(1) 1 r2 + 3 2 = π 2 π 3 2 r2 + 3 2 = π 3 + 3 2 ;

  • \int\limits_1^2 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \int\limits_0^{+2} \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x - \int\limits_0^1 \mathrm{f}(x) \,\mathrm{d}x = \pi - \frac{\pi}{3} - \frac{\sqrt{3}}{2} = \frac{2}{3}\pi - \frac{\sqrt{3}}{2};12f(x)dx =0+2f(x)dx 01f(x)dx = π π 3 3 2 = 2 3π 3 2 ;

0.0.1.3 Analysis-Buch Seite 37, Aufgabe 35

Berechne \int\limits_0^2 \sqrt{9 - x^2} \,\mathrm{d}x02 9 x2dx, indem du den Kreis x^2 + y^2 = 9x2 + y2 = 9 betrachtest.

r = \sqrt{9} = 3;r = 9 = 3;

\int\limits_0^2 \sqrt{9 - x^2} \,\mathrm{d}x = r^2 \frac{\alpha}{2} + \frac{1}{2} \cdot 2 \cdot \mathrm{f}(2) = \frac{1}{2}\left(\frac{\pi}{2} - \operatorname{arctan} \frac{\mathrm{f}(2)}{2}\right) \, r^2 + \sqrt{5} \approx 5{,}52;02 9 x2dx = r2α 2 + 1 2 2 f(2) = 1 2 π 2 arctan f(2) 2 r2 + 5 5,52;