Mittlere und momentane Änderungsrate Definition Der Unterschied zwischen mittlerer und momentaner Änderungsrate anhand eines Beispiels: Beispiel Die Funktion sei f(x) = x 2. Dabei kann man sich ein kleines ferngesteuertes Auto vorstellen, dass in x Sekunden f(x) Meter (vom Startpunkt aus betrachtet) zurücklegt, also nach 1 Sekunde 1 2 = 1 Meter, nach 2 Sekunden 2 2 = 4 Meter, nach 3 Sekunden 3 2 = 9 Meter usw. (das Auto wird immer schneller). Nun soll die mittlere Geschwindigkeit (allgemein: die mittlere Änderungsrate) im Intervall [2, 5], also 2 bis 5 Sekunden berechnet werden. Dazu werden die Funktionswerte für 2 und 5 in Meter berechnet: f(2) = 2 2 = 4. f(5) = 5 2 = 25. Die mittlere Geschwindigkeit in dem Intervall ist dann: $$\frac{25 m - 4 m}{5 s - 2 s} = \frac{21 m}{3 s} = 7 \frac{m}{s}$$ Diese mittlere Geschwindigkeit / Änderungsrate gibt an, um wieviele Meter sich das Auto pro Sekunde im Durchschnitt in dem Intervall bewegt: um 7 m/s. Von den 4 Meter ausgehend bei 2 Sekunden kommen pro Sekunde 7 Meter dazu und bei 3 Sekunden bis 5 sind das 21 Meter und das Auto ist bei 25 Meter angelangt.
Intervall [-1; 5]: ≈? Die mittlere Änderungsrate einer Funktion f im Intervall [a; b] ergibt sich durch [ f(b) − f(a)] / ( b − a) Aufgrund seiner Struktur nennt man diesen Term auch Differenzenquotient. (1) Maximilian war Ende Januar 1, 35 m groß und Ende Juni 1, 37 m. Wie groß ist in diesem Zeitraum die durchschnittliche Änderungsrate? (2) Wie groß ist die durchschnittliche Änderungsrate der Normalparabel mit Scheitel im Ursprung im Intervall [3;7]? Man kann auch die lokale Änderungsrate einer Funktion f an der Stelle x 0 mit Hilfe geeigneter Differenzenquotienten bestimmen. Man berechnet dazu [ f(x) − f(x 0)] / (x − x 0) für x-Werte, die sich von links und von rechts an x 0 annähern. Erläuterung: die zugehörigen Sekanten gleichen dadurch immer mehr der Tangente an der Stelle x=x 0. Rechnerisch ergibt sich die lokale Änderungsrate an der Stelle x = a, indem man den den Grenzwert des Differenzenquotienten [ f(x) − f(a)] / (x − a) für x → a (x ≠ a) bestimmt. Diesen Grenzwert (sofern er existiert) nennt man Differentialquotient.
Eine sehr zentrale Rolle bei der Differenzialrechnung, also dem Ableiten von Funktionen, spielt der Differenzenquotient sowie die mittlere Änderungsrate. Bei nicht-linearen Funktionen lässt sich die Steigung nicht so einfach ablesen. Um diese trotzdem von einer differenzierbaren Funktion bestimmen zu können, verwenden wir die mittlere Änderungsrate und den Differenzenquotient. Das Thema kann dem Fach Mathematik zugeordnet werden. Der Differenzenquotient und die mittlere Änderungsrate Wir wissen, dass bei einer linearen Funktion die Steigung leicht abzulesen ist. Sie entspricht dem Wert des Koeffizienten m. Bei einer nicht-linearen Funktion gestaltet sich das schwieriger. Mithilfe der Differenzenquotienten und der mittleren Änderungsrate kannst du die Steigung einer nicht-linearen Funktion berechnen. Die ist nämlich gar nicht so schwer, wie es auf den ersten Blick erscheint. Die Steigung einer Funktion f(x) an der Stelle entspricht der Steigung der Tangente an den Graphen von f durch den Punkt.
Dokument mit 16 Aufgaben Aufgabe A4 (2 Teilaufgaben) Lösung A4 Die Anzahl von Salmonellen in einem Kartoffelsalat verdoppelt sich stündlich. Zu Beginn sind 8000 Salmonellen vorhanden. a) Bestimme die Änderungsrate der Salmonellenzahl im Intervall I=[2h;4h] b) Zu Beginn welcher Stunde ist die Zahl von 100000 Salmonellen erstmals überschritten? Aufgabe A5 (2 Teilaufgaben) Lösung A5 Bei einer Fahrt mit einem Heißluftballon wird die Entfernung x und die Höhe y über dem Ausgangspunkt aufgezeichnet. x (in km) 0 10 25 50 60 70 y (in m) 900 1200 2400 Bestimme für die Zuordnung x⟶y die Änderungsrate für den zweiten und dritten, sowie für die letzten beiden Tabellenwerte. Nach 50 km wird beim Aufstieg die maximale Höhe erreicht. Um wie viel m stieg der Ballon pro km durchschnittlich? Aufgabe A6 (2 Teilaufgaben) Lösung A6 Gegeben ist die Funktion f mit f(x)=x 2 -3. Bestimme den Wert des Differenzenquotienten in: I=[0;3] I=[-2;1] Quelle alle Aufgaben in diesem Blatt: WADI-Arbeitsblätter Klasse 9/10 Teil 2 Aufgaben Nr. C11 1-6 Du befindest dich hier: Mittlere Änderungsrate - Level 1 - Grundlagen - Blatt 3 Geschrieben von Meinolf Müller Meinolf Müller Zuletzt aktualisiert: 16. Juli 2021 16. Juli 2021
Du nennst sie auch durchschnittliche Änderungsrate, Sekantensteigung oder Durchschnittssteigung. Um sie zu berechnen, benutzt du den Differenzenquotienten. Beispiel 1 im Video zur Stelle im Video springen (00:56) Die durchschnittliche Änderungsrate hilft dir dabei, das durchschnittliche Wachstum oder die durchschnittliche Geschwindigkeit in einem bestimmten Zeitraum zu bestimmen. Schau dir dazu ein Beispiel an, bei dem du die Änderungsrate berechnen sollst: Das Wachstum eines Baumes wird durch die Funktion f(x) = beschrieben. x gibt die Zeit in Wochen und f(x) die Höhe des Baumes in Meter an. Wie viel wächst der Baum im Zeitraum [0;4] durchschnittlich pro Woche? Du kennst die Grenzen deines Intervalls a = 0 und b = 4. Mittlere Änderungsrate Setze deine Werte in die Formel für die mittlere Änderungsrate ein. Der Baum wächst in den ersten vier Wochen durchschnittlich 0, 71 m pro Woche. Beispiel 2 im Video zur Stelle im Video springen (01:53) Schau dir an noch einem Beispiel an, wie du die durchschnittliche Steigung berechnen kannst.
Stetigkeit und Differenzierbarkeit beschreiben unterschiedliche Eigenschaften reeller Funktionen. Jedoch kann man sagen: Wenn eine Funktion an einer Stelle ihrer Definitionsmenge differenzierbar ist, dann ist sie dort auch stetig. Aber nicht jede an einer Stelle ihrer Definitionsmenge stetige Funktion ist dort auch differenzierbar. Beispielsweise ist die Funktion f(x) = |x| an der Stelle x = 0 zwar stetig, aber nicht differenzierbar. Differenzenquotient ≠ Differenzialquotient Du hast sicher schon einmal vom Differenzialquotienten gehört. Dieser klingt sehr ähnlich, wie der Differenzenquotient, ist aber nicht das Gleiche. Der Differenzenquotient hängt mit der mittleren Änderungsrate zusammen, während der Differenzialquotient mit der lokalen bzw. momentanen Änderungsrate zusammenhängt. Hier fassen wir dir das wichtigste zu diesem Thema zusammen: Wenn der Punkt Q immer näher an den Punkt P heran rückt, bis er ihn grenzwertig erreicht, ergibt sich die momentane Änderungsrate. Für die Tangentensteigung und damit die momentane Änderungsrate erhält man: Dieser Grenzwert heißt Differenzialquotient und entspricht der itung an der Stelle.
b) Beschreiben Sie, wie Sie vorgehen müssten, um einen möglichst exakten Wert für die momentane Änderungsrate bei Sekunde 12 zu erhalten. Die Höhe des Wasserstands zu einem Zeitpunkt kann bestimmt werden, indem der Zeitpunkt in die Funktionsvorschrift eingesetzt wird, z. wird der Wasserstand zu Zeitpunkt t=12 Sekunden bestimmt durch.
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