Functions

Aufgabe 3

Gegeben ist die folgende Funktion \(f:[0,\infty[\longrightarrow \mathbb{R}\):
\(\qquad f(x)=\sqrt{x^3}+1\)
Berechnen Sie den Differenzenquotienten von \(f\) auf dem Intervall \([1,4]\) und die Sekante zwischen den Punkten \(P(1\,|\,2)\) und \(Q(4\,|\,9)\).
\(\quad\)
Lösung:
Der Differenzenquotient für \(f\) im Intervall \([1,4]\) beträgt \(\dfrac{\Delta f}{\Delta x}=\dfrac{7}{3}\).
Die Sekante zwischen den Punkten \(P(1\,|\,2)\) und \(Q(4\,|\,9)\) lautet \(y=\dfrac{7}{3}x-\dfrac{1}{3}\).
Erläuterung:
Der Differenzenquotient für \(f\) im Intervall \([1,4]\) berechnet sich wie folgt:
\(\qquad \dfrac{\Delta f}{\Delta x}\)\(=\dfrac{f(4)-f(1)}{4-1}\)
\(\phantom{\qquad \dfrac{\Delta f}{\Delta x}}=\dfrac{(\sqrt{4^3}+1)-(\sqrt{1^3}+1)}{3}\)
\(\phantom{\qquad \dfrac{\Delta f}{\Delta x}}=\dfrac{(\sqrt{64}+1)-(\sqrt{1}+1)}{3}\)
\(\phantom{\qquad \dfrac{\Delta f}{\Delta x}}=\dfrac{(8+1)-(1+1)}{3}\) \(=\dfrac{9-2}{3}\) \(=\dfrac{7}{3}\)
Die Steigung der Sekante durch \(P(1\,|\,2)\) und \(Q(4\,|\,9)\) entspricht dem Differenzenquotienten \(\dfrac{\Delta f}{\Delta x}=\dfrac{7}{3}\).
Wir können für die Sekante also die folgende lineare Funktion ansetzen:
\(\qquad y=\dfrac{7}{3}x+b\)
Wir können nun wahlweise \(P(1\,|\,2)\) oder \(Q(4\,|\,9)\) einsetzen und erhalten nach dem Einsetzen von \(P(1\,|\,2)\):
\(\qquad 2=\dfrac{7}{3}\cdot 1 +b\)
Wir lösen die Gleichung nach \(b\) auf:
\(\qquad b=2-\dfrac{7}{3}=\dfrac{2\cdot 3}{3}-\dfrac{7}{3}=\dfrac{6}{3}-\dfrac{7}{3}=-\dfrac{1}{3}\)
Die Gleichung der Sekante lautet also:
\(\qquad y=\dfrac{7}{3}x-\dfrac{1}{3}\)
\(\enspace\)