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Extremwertaufgaben Kreis mit größtem Rechteck

Extremwertaufgaben Kreis mit größtem Rechteck


Extremwertaufgaben Kreis mit größtem Rechteck

Aus einem Baumstamm mit einem Durchmesser von 40 cm soll ein Balken mit dem größtmöglichen rechteckigen Querschnitt herausgeschnitten werden. 

Rechenanleitung:

Erstelle zuerst die Hauptbedingung und Nebenbedingung, berechne dann mit der 1. Ableitung und überprüfe mit der 2. Ableitung 

Lösung:
1. Hauptbedingung:
A = a ² b

 

2. Nebenbedingung:
40² = a² + b²     / – b² 
a² = 40² –  b²     / √
a = (40² –  b²)    dabei gilt b > 0 (Längenangaben)
 
3. Berechnung der Extremwerte:

A (b) = √(40² –  b²) •  b    

Vereinfachung der Zielfunktion:

Das Quadrat einer Funktion hat den gleichen Extremwert, wie die Funktion, deshalb ist es hier sinnvoll,
mit der Quadratfunktion zu rechnen. Dadurch fällt die Wurzel weg.

A (b) = √(40² –  b²)b    ²

A (b) = (40² –  b²) •

A (b) = 1 600b²  –  b4

 

4. Wir bilden die 1. Ableitung!
A’ (b) = 3 200b  –  4b3

 

5. Wir berechnen b:

0 = 3 200b  –  4b3

0 = b • (3 200 – 4b²)    b = 0 ist keine Lösung

0 = 3 200 – 4b²    / + 4b²

4b² = 3 200   / : 4

b²  = 800   / √ 

b = 20 • √2  

b = 28,28 cm

 

6. Wir berechnen a:

a = (40² –  (28,28…²)

a = 28,28…

a = 28,28 cm

 

7. Wir berechnen die maximale Querschnittsfläche:

A = a • b

A = 28,28… • 28,28…

A = 800 cm²

 

8. Wir bilden die 2. Ableitung für den Nachweis des relativen Extremums:

A” (b) = 3 200  –  12b²

A” (28,28) = 3 200  –  12 • (28,28)²

A” (28,28) = – 6 077,10… < 0    d.f. relatives Maximum