27. Mai 2024 bis 31. Mai 2024

Dienstag 28. Mai 2024

Zeigen Sie, dass von allen Rechtecken mit gleichem Flächeninhalt das Quadrat jenes mit minimalem Umfang ist.

Lösung

Lösung

Sei $A$ die konstante Fläche der Rechtecke und $x$ die Seitenlänge eines dieser Rechtecke. Also ist $y=\frac{A}{x}$ die andere Seitenlänge. Damit ist der Umfang $U(x)=2(x+y) = 2\left(x+\frac{A}{x}\right)$. Wir suchen $x$ so, dass $U(x)$ minimal ist. Dazu bestimmen wir die Extremalstellen durch Nullsetzen der Ableitung $U'(x)=0$:

$$\begin{align*} U'(x) = 2\left(1-\frac{A}{x^2}\right) & = 0 \\ 1 & = \frac{A}{x^2} && x \neq 0 \\ x^2 & = A && x>0 \\ x & = \sqrt{A} \end{align*}$$ Für $x$ nahe bei Null, sowie für grosse $x$ wird der Umfang beliebig gross. Es muss sich also um das globale Minimum handeln.

Alternativ könnte man dafür die zweite Ableitung $U''(x) = 2\frac{A}{x^3}$ betrachten, die immer positiv ist (für positive $x$). Damit «macht der Graph immer eine Linkskurve» und wir haben ein echtes Minimum gefunden (und keinen Sattelpunkt).

Wenn $x=\sqrt{A}$ ist natürlich auch $y=\sqrt{A}$. So das Rechteck mit minimalen Umfang bei gegebener Fläche ein Quadrat.

Mittwoch 29. Mai 2024

Gegeben ist folgende Tabelle einer Kurvendiskussion. Zeichnen Sie die Punkte mit Tangenten ein und skzizieren Sie dann den Graphen unter der Annahmne, dass die dritte Ableitung von Null verschieden ist.

Lösungen

Lösungen

ruby kurvendiskussion-mit-tabelle.rb 1