Aufgabe 4275
Standardisierte kompetenzorientierte schriftliche Reifeprüfung Angewandte Mathematik
Quelle: BHS Matura vom 21. Mai 2021 - Teil-A Aufgabe
Angabe mit freundlicher Genehmigung vom Bundesministerium für Bildung; Lösungsweg: Maths2Mind
Darts - Aufgabe A_302
Darts ist ein Spiel, bei dem Pfeile auf eine kreisförmige Dartscheibe geworfen werden
Teil c
Die nachstehende Abbildung zeigt modellhaft die Flugbahn eines Dartpfeils zwischen dem Abwurfpunkt A und dem Zielpunkt Z.
Die Flugbahn kann in diesem Modell durch den Graphen der quadratischen Funktion f beschrieben werden:
\(f(x) = a \cdot {x^2} + b \cdot x + c\)
- x ... horizontaler Abstand zur Dartscheibe in cm
- f(x) ... Höhe über dem Boden im Abstand x in cm
- Der Zielpunkt Z befindet sich in einer Hohe von 173 cm über dem Boden.
- Die größte Höhe von 182 cm über dem Boden erreicht der Pfeil an derjenigen Stelle, an der er vom Zielpunkt Z einen horizontalen Abstand von 75 cm hat.
1. Teilaufgabe - Bearbeitungszeit 11:20
Erstellen Sie ein Gleichungssystem zur Berechnung der Koeffizienten a, b und c.
[0 / 1 / 2 P.]
2. Teilaufgabe - Bearbeitungszeit 5:40
Berechnen Sie die Koeffizienten a, b und c.
[0 / 1 P.]
Lösungsweg
1. Teilaufgabe:
Wir haben 3 Unbekannte, also benötigen wir zu deren Berechnung auch 3 Gleichungen. Wir formulieren die Angabe in Form von Gleichungen wie folgt:
- An der Stelle x=0 befindet sich ein Punkt auf der Funktion für den gilt:
\({\text{Gl}}{\text{.1: }}f\left( {x = 0} \right) = 173\) - An der Stelle x=75 befindet sich ein Punkt auf der Funktion für den gilt:
\({\text{Gl}}{\text{.1: }}f\left( {x = 75} \right) = 182\) - An der Stelle x=75 befindet sich ein Hochpunkt mit einer horizontalen Tangente für den gilt:
\({\text{Gl}}{\text{.3: }}f'\left( {x = 75} \right) = 0\)
Somit können wir das gesuchte Gleichungssystem notieren:
\(\eqalign{ & {\text{Gl}}{\text{.1: }}f\left( {x = 0} \right) = 173 \cr & {\text{Gl}}{\text{.1: }}f\left( {x = 75} \right) = 182 \cr & {\text{Gl}}{\text{.3: }}f'\left( {x = 75} \right) = 0 \cr & \cr & f\left( 0 \right) = c = 173 \cr & f\left( {75} \right) = a \cdot {75^2} + b \cdot 75 + 173 = 182 \cr & f'\left( {75} \right) = 2 \cdot a \cdot 75 + b = 0 \cr} \)
2. Teilaufgabe:
Wir schreiben die 3 Gleichungen für die 3 Unbekannten a, b und c wie folgt an. Der Wert für c=173 ergibt sich sofort, somit bleiben 2 Gleichungen für 2 Unbekannte, welche wir mittels Technologieeinsatz lösen.
\(\eqalign{ & f\left( 0 \right) = c = 173 \cr & f\left( {75} \right) = a \cdot {75^2} + b \cdot 75 + 173 = 182; \cr & f'\left( {75} \right) = 2 \cdot a \cdot 75 + b = 0; \cr & \cr & 5625a + 75b + 173 = 182 \cr & 150a + b = 0 \cr & \cr & a = - \dfrac{1}{{625}} \cr & b = \dfrac{6}{{25}} \cr & c = 173 \cr} \)
Technologieeinsatz Wolfram Alpha: 5625a+75b+173=182;150a+b=0;
Nachfolgendes Video des BMBWF, welches in den Lösungsweg dieser Aufgabe eingebettet ist, um ein breites Spektrum an Informationen anzubieten, wird auf Grund von Privatsphären-Einstellungen nicht automatisch geladen.
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Ergebnis
Die richtige Lösung lautet:
1. Teilaufgabe
\(\eqalign{ & c = 173 \cr & a \cdot {75^2} + b \cdot 75 + 173 = 182 \cr & 2 \cdot a \cdot 75 + b = 0 \cr} \)
2. Teilaufgabe
\(\eqalign{ & a = - \dfrac{1}{{625}} \cr & b = \dfrac{6}{{25}} \cr & c = 173 \cr} \)
Lösungsschlüssel:
1. Teilaufgabe
Ein Punkt für das richtige Aufstellen der Gleichungen mithilfe der Koordinaten. Ein Punkt für das richtige Aufstellen der Gleichung mithilfe der 1. Ableitung.
2. Teilaufgabe
Ein Punkt für das richtige Berechnen der Koeffizienten a, b und c.