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Aufgabe:

Die beiden folgenden Straßenstücke (Abb. 2.4) sollen durch eine ganzrationale Funktion möglichst niedrigen Grades miteinander verbunden werden.

IMG_6264.jpeg


Es gelten \( h \;:\; x \rightarrow-x-1 \;;\; x \leq-2 \)   und  \( p\;:\; x \rightarrow 1,5 x+2 \;;\; x \geq 0 \).

Als ganzrationale Funktion möglichst niedrigen Grades käme möglicherweise eine Funktion zweiten Grades mit \( q(x)=a x^{2}+b x+c \) in Frage.

a) Zeigen Sie, dass Sie die beiden Straßenstücke aus Beispiel 2.2

\( h\;:\; x \rightarrow-x-1 \; ;\; x \leq-2 \)   und  \( p\;:\; x \rightarrow 1,5 x+2 \; ,\; x \geq 0 \)

mit einer ganzrationalen Funktion r dritten Grades durch Interpolation verbinden können.

b) Stellen Sie die drei abschnittweise definierten Funktionen graphisch dar.

c) Begründen Sie, warum die Interpolation durch eine ganzrationale Funktion dritten Grades möglich ist, während die Interpolation durch eine Funktion zweiten Grades nicht möglich ist.


Problem/Ansatz:

Bin ganz neu hier und bräuchte hier Hilfe in Mathe, so ganz genau weiß ich auch nicht wie das ganze funktioniert, ich hoffe das ist verständlich gezeigt worden. Bin für jeden Tipp und Hilfe dankbar

Avatar vor von

Ich habe das von Dir vergebene Schlagwort "ganzrationale Zahlen" durch "ganzrationale Funktionen" ersetzt.

Das was das Apfelmännchen gemeint hat mit "ruckfrei" ergäbe dann die blaue Linie.

blob.png

Das Suchstichwort hier ist "Trassierungen".

Eine Seite, die das gut erklärt,ist z.B.

https://www.frassek.org/2d-mathe/trassierung/

oder einfacher:

https://www.studyhelp.de/online-lernen/mathe/trassierungen/

Das was das Apfelmännchen gemeint hat mit "ruckfrei" ergäbe dann die blaue Linie.

Das wäre dann eine Funktion 5. Grades, die sicher aufgrund der Aufgabenstellung c) nicht gemeint sein kann.

2 Antworten

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Beste Antwort

Man kann es als Steckbriefaufgabe mit einem LGS lösen. Ich verwende zur Hilfe und Kontrolle: https://www.arndt-bruenner.de/mathe/scripts/steckbrief.htm

Eigenschaften

f(-2) = 1
f'(-2) = -1
f(0) = 2
f'(0) = 1.5

Errechnete Funktion

f(x) = -0,125·x^3 + 0,25·x^2 + 1,5·x + 2

Skizze für b)

blob.png

c)

Wenn man zur Interpolation die beiden Punkte (-2|1) und (0|2) sowie die Steigungen in den Punkten nimmt, hat man 4 Bedingungen, welche durch eine Funktion dritten Gerades (siehe oben) erfüllt werden können. Eine Funktion 2. Grades, welche die 4 Bedingungen erfüllt, gibt es nicht.

Avatar vor von 494 k 🚀
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An den Anschlussstellen müssen die Funktionswerte und die Steigungen übereinstimmen (stetig und knickfrei). Daraus lassen sich Gleichungen aufstellen (wie viele?). Das führt auf ein LGS, welches eindeutig lösbar ist. Man könnte auch noch fordern, dass die zweiten Ableitungen an den Stellen übereinstimmen (ruckfrei).

Avatar vor von 22 k

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