Aufgabenbeispiele von Tangenten

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Tangente anlegen (ganzzahlige Koef.)

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= - x 2 - x an der Stelle x=0:

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= - x 2 - x ,
also

f'(x)= -2x -1

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

m = f'(0)= -20 -1

= 0 -1

= -1

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -1 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f(0)= - 0 2 - 0 = -0 +0 = 0

Wir erhalten so also den Punkt B(0|0) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

0 = -1 0 + c

0 = 0 + c

0 = c

also c=0

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -1 ⋅x +0

Tangente anlegen

Beispiel:

Berechne die Tangentengleichung an den Graphen von f mit f(x)= - 1 2 x 2 +1 an der Stelle x= 2 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= - 1 2 x 2 +1 ,
also

f'(x)= -x +0

= -x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

m = f'( 2 )= -2

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -2 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 2 )= - 1 2 2 2 +1 = - 1 2 4 +1 = -2 +1 = -1

Wir erhalten so also den Punkt B( 2 | -1 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

-1 = -2 2 + c

-1 = -4 + c | + 4

3 = c

also c= 3

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -2 ⋅x + 3

Normale anlegen

Beispiel:

Berechne die Gleichung der Normalen an den Graphen von f mit f(x)= 2 3 x 2 -3x an der Stelle x= 1 :

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= 2 3 x 2 -3x ,
also

f'(x)= 4 3 x -3

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

m = f'( 1 )= 4 3 1 -3

= 4 3 -3

= 4 3 - 9 3

= - 5 3

≈ -1.67

Um mit der Tangentsteigung die Steigung der darauf senkrecht stehenden Normalen zu berechnen, verwenden wir die Beziehung:

mn=- 1 mt

also mn= 3 5

Damit wissen wir nun schon, dass die Normale die Gleichung t: y= 3 5 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( 1 )= 2 3 1 2 -31 = 2 3 1 -3 = 2 3 -3 = 2 3 - 9 3 = - 7 3 ≈ -2.33

Wir erhalten so also den Punkt B( 1 | - 7 3 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

- 7 3 = 3 5 1 + c

- 7 3 = 3 5 + c | - 3 5

- 44 15 = c

also c= - 44 15 ≈ -2.93

Damit erhält man als Geradengleichung für die Normale: y= 3 5 ⋅x - 44 15 oder y=0.6x -2.93

Steigungswinkel

Beispiel:

Berechne den Steigungswinkel der Tangente an den Graphen von f mit f(x)= 1 4 x 2 + x im Punkt P(-2|f(-2)):

Lösung einblenden

Um den Steigungswinkel zu berechnen brauchen wir zuerst einmal die Tangentensteigung im Punkt P(-2|f(-2)).

Dazu leiten wir f erst ab und setzen dann x = -2 in die Ableitungsfunktion ein:

f(x)= 1 4 x 2 + x

=>f'(x)= 1 2 x +1

f'(-2) = 1 2 ( -2 ) +1 = -1 +1 = 0

Für den Steigungswinkel α einer Geraden mit Steigung m gilt:

tan(α) = m.

Also können den Steigungswinkel α berechnen mit:

α = arctan(m) = arctan(f'(-2)) = arctan(0)) ≈ .

Steigungswinkel rückwärts

Beispiel:

In einem Punkt B(x0|f(x0)) wird eine Tangente mit dem Steigungswinkel α ≈ -63.435° an die den Graph der Funktion f mit f(x)= 3 2 x 2 +13x -1 angelegt.

Bestimme x0.

Lösung einblenden

Wenn der Steigungswinkel α = -63.435° ist, muss die Steigung dieser Tangente m = tan(-63.435°) ≈ -2 betragen.

Wir suchen also die Stelle x0, an der die Steigung der Tangente m = -2 ist.

Die Steigung der Tangente an einer Stelle x0 können wir ja aber mit m = f'(x0) berechnen, also muss f'(x0) = -2 gelten.

Wir leiten somit f mit f(x)= 3 2 x 2 +13x -1 ab:

f'(x) = 3x +13

Es muss gelten:

3x +13 = -2 | -13
3x = -15 |:3
x = -5

Die gesuchte Stelle ist somit x0 ≈ -5.

Nullstelle einer Tangente

Beispiel:

Bestimme den x-Wert, an dem die Tangente an den Graphen von f mit f(x)= x 3 -5 x 2 im Punkt B( -1 |f( -1 )) die x-Achse schneitet:

Lösung einblenden

Zuerst braucht man die Ableitung von f(x)= x 3 -5 x 2 ,
also

f'(x)= 3 x 2 -10x

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

m = f'( -1 )= 3 ( -1 ) 2 -10( -1 )

= 31 +10

= 3 +10

= 13

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= 13 x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f( -1 )= ( -1 ) 3 -5 ( -1 ) 2 = ( -1 ) -51 = -1 -5 = -6

Wir erhalten so also den Punkt B( -1 | -6 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

-6 = 13 -1 + c

-6 = -13 + c | + 13

7 = c

also c= 7

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= 13 ⋅x + 7

Jetzt brauchen wir noch die Nullstelle dieser linearen (Tangenten-)Funktion: t: y = 13x +7

13x +7 = 0 | -7
13x = -7 |:13
x = - 7 13

Die gesuchte Nullstelle des Tangente ist somit bei x = - 7 13 ≈ -0.54.

Nullstelle einer Tangente Anwendung

Beispiel:

Das Wasservolumen in einem Wassertank lässt sich näherungsweise durch den Term f(t)= 15 - 1 4 t 2 beschreiben (t in Sekunden nach Beobachtungsbeginn, f(t) im m³).
Nach 2 Sekunden bleibt die momentane Änderungsrate des Wasservolumens konstant bei dem Wert, den sie zum Zeitpunkt t=2s hatte.
Wann ist der Tank leer?

Lösung einblenden

Wir brauchen also die Tangente an den Graph von f im Punkt B(2|f(2)):

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Zuerst braucht man die Ableitung von f(t)= 15 - 1 4 t 2 ,
also

f'(t)= 0 - 1 2 t

= - 1 2 t

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen t-Wert in die Ableitung ein:

m = f'(2)= - 1 2 2

= -1

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= -1 t+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also f(2)= 15 - 1 4 2 2 = 15 - 1 4 4 = 15 -1 = 14

Wir erhalten so also den Punkt B(2| 14 ) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

14 = -1 2 + c

14 = -2 + c | + 2

16 = c

also c= 16

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= -1 ⋅t + 16

Jetzt brauchen wir noch die Nullstelle dieser linearen (Tangenten-)Funktion: t: y = -t +16

-t +16 = 0 | -16
-t = -16 |:(-1 )
t = 16

Die gesuchte Nullstelle des Tangente ist somit bei t = 16 .