Aufgaben
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Abitur 2006 Mathematik LK Seite 2<br />
Hinweise für Schüler<br />
<strong>Aufgaben</strong>auswahl:<br />
Bearbeitungszeit:<br />
Die Arbeit besteht aus einem Pflichtteil und einem<br />
Wahlteil.<br />
Die Pflichtaufgaben P1, P2 und P3 sind vollständig<br />
zu bearbeiten.<br />
Von den drei Wahlaufgaben W1, W2 und W3 sind<br />
zwei auszuwählen und zu lösen.<br />
Die Arbeitszeit beträgt 300 Minuten zuzüglich<br />
30 Minuten für die <strong>Aufgaben</strong>auswahl.<br />
Hilfsmittel: • das an der Schule eingeführte Tafelwerk,<br />
• der an der Schule zugelassene Taschenrechner<br />
ohne CAS,<br />
• Zeichengeräte,<br />
• Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung<br />
Hinweis:<br />
Sonstiges:<br />
Die Lösungen sind in einer sprachlich korrekten,<br />
mathematisch exakten und äußerlich einwandfreien<br />
Form darzustellen.<br />
In der Niederschrift müssen die Lösungswege<br />
nachvollziehbar sein.<br />
Entwürfe können ergänzend zur Bewertung nur<br />
herangezogen werden, wenn sie zusammenhängend<br />
konzipiert sind und die Reinschrift etwa Dreiviertel<br />
des zu erreichenden Gesamtumfanges beinhaltet.<br />
Maximal zwei Bewertungseinheiten können zusätzlich<br />
vergeben werden bei<br />
• guter Notation und Darstellung,<br />
• eleganter, kreativer und rationeller Lösung,<br />
• vollständiger Lösung einer dritten Wahlaufgabe.<br />
Maximal zwei Bewertungseinheiten können bei<br />
mehrfachen Verstößen gegen mathematische<br />
Korrektheit und äußere Form abgezogen werden.
Abitur 2006 Mathematik LK Seite 3<br />
P1<br />
Analytische Geometrie (11 BE)<br />
Gegeben ist ein gerades Prisma<br />
ABCDEFGH mit dem Parallelogramm<br />
ABCD als Grundfläche (siehe Abbildung).<br />
1.1 Ersetzen Sie die Leerstellen so durch einen der Buchstaben<br />
A, B, C, D, E, F, G oder H, dass jeweils eine wahre Aussage entsteht.<br />
BE + FG = C – F = AF<br />
1.2 Gegeben sind folgende Eckpunkte des Körpers ABCDEFGH.<br />
A(0⎥ 0⎥ 0) B(1⎥ 4⎥ 0) C(–1⎥ 10⎥ 0) D(–2⎪6⎪0)<br />
E(0⎥ 0⎥ 5) F(1⎥ 4⎥ 5) G(–1⎥ 10⎥ 5) H(–2⎪6⎪5)<br />
1.2.1 Ermitteln Sie eine Koordinatengleichung der Ebene ε BDHF.<br />
Berechnen Sie die Größe des Schnittwinkels α zwischen der Geraden g CE und<br />
dieser Ebene.<br />
1.2.2 Die yz-Ebene zerlegt den Körper ABCDEFGH in zwei Teilkörper.<br />
Berechnen Sie den Inhalt der Schnittfläche.<br />
P2<br />
Analysis (16 BE)<br />
2.1 Für jede positive reelle Zahl t ist die Funktion k t durch die Gleichung<br />
gegeben.<br />
k t (x) =<br />
− t ⋅ x<br />
3<br />
+ 12 ⋅ t ⋅ x<br />
mit x ∈ R<br />
2.1.1 Berechnen Sie die Stelle x t > 0, an der der Anstieg des Graphen von k t genau 9⋅t<br />
beträgt.<br />
2.1.2 Der Graph von k t besitzt im 1. Quadranten eines kartesischen Koordinatensystems<br />
einen lokalen Extrempunkt E t .<br />
Berechnen Sie die Koordinaten dieses Extrempunktes und weisen Sie die Art des<br />
Extremums nach.<br />
Ermitteln Sie den Anstieg der Geraden durch den Punkt E t und den Koordinatenursprung.<br />
2.1.3 Für einen bestimmten Wert von t schließen der Graph von k t und die x-Achse eine<br />
Fläche im 1. Quadranten mit dem Inhalt A = 72 FE vollständig ein.<br />
Berechnen Sie diesen Wert von t.
Abitur 2006 Mathematik LK Seite 4<br />
2.2 Gegeben ist die Funktionenschar f a,b durch die Gleichung<br />
f a,b (x) = a ⋅ x 3 + b ⋅ x mit x ∈ R, a, b∈ R, a ≠ 0, b ≠ 0.<br />
2.2.1 Die Abbildung zeigt den Graphen einer speziellen<br />
Funktion dieser Schar.<br />
Begründen Sie, dass für die Parameter a und b dieser<br />
Funktion folgende Aussagen gelten:<br />
a > 0 und b < 0.<br />
y<br />
x<br />
2.2.2 Jede Funktion f a,b ist 1. Ableitungsfunktion von Funktionen g a,b .<br />
Geben Sie für g a,b eine mögliche Gleichung an.<br />
2.2.3 Jede Funktion f a,b mit a > 0 und b < 0 ist Stammfunktion von Funktionen h a,b .<br />
Untersuchen Sie die Graphen von h a,b hinsichtlich ihres Krümmungsverhaltens.<br />
P3<br />
Stochastik (11 BE)<br />
Der Betreiber einer Glücksspielhalle bietet folgendes<br />
Spiel an.<br />
Aus der dargestellten Urne werden „auf gut Glück“<br />
Kugeln gezogen. Der Auszahlungsbetrag ergibt sich als<br />
Summe der aufgedruckten Beträge in Cent.<br />
3.1 Betrachtet wird zunächst das Spiel<br />
„Zweimaliges Ziehen aus der Urne ohne Zurücklegen“.<br />
Die Zufallsvariable X ist der Auszahlungsbetrag nach einem Spiel.<br />
3.1.1 Ermitteln Sie mit Hilfe eines Baumdiagramms alle möglichen Werte von X.<br />
Stellen Sie die Wahrscheinlichkeitsverteilung von X in einem geeigneten Diagramm<br />
dar.<br />
3.1.2 Der Betreiber verlangt vor jedem Spiel einen Einsatz.<br />
Berechnen Sie den Mindesteinsatz pro Spiel, damit der Betreiber auf lange Sicht<br />
keinen Verlust erzielt.<br />
3.2 In einem weiteren Spiel wird aus der dargestellten Urne zehnmal eine Kugel<br />
mit Zurücklegen gezogen. Es ist jeweils von Interesse, ob die 50-Cent-Kugel<br />
gezogen wird.<br />
3.2.1 Ermitteln Sie die Wahrscheinlichkeit, dabei höchstens zweimal 50 Cent zu erzielen.<br />
3.2.2. Berechnen Sie die Anzahl der Ziehungen, die erforderlich sind, um mit mindestens<br />
95%-iger Wahrscheinlichkeit wenigstens einmal eine Kugel mit dem Aufdruck 50 zu<br />
erhalten.
Abitur 2006 Mathematik LK Seite 5<br />
W1<br />
Analysis (21 BE)<br />
Gegeben ist eine Schar von Funktionen f k durch die Gleichung<br />
2<br />
( x − k) mit x∈R,<br />
k ∈R und − 5 + k ≤ x ≤ 5 k.<br />
fk (x) = 25 −<br />
+<br />
G k ist der zu f k gehörige Graph (siehe Abbildung für k = 0, k = 5, k = 7).<br />
y<br />
6 G 5<br />
x<br />
G 0<br />
2<br />
4 G 7<br />
-6 -4 -2 2 4 6 8 10 12<br />
1.1 Die Tangente t 7 an G 7 im Punkt T(11⎪f 7 (11)) bildet mit den Koordinatenachsen ein<br />
Dreieck.<br />
Berechnen Sie den Flächeninhalt dieses Dreiecks.<br />
1.2 Die Graphen G 0 und G 7 sowie die x-Achse begrenzen für 2 ≤ x ≤ 5 eine Fläche<br />
vollständig.<br />
Berechnen Sie das Volumen des Körpers, der durch Rotation dieser Fläche um die<br />
x-Achse entsteht.<br />
1.3 Die Punkte P(u⎪f 0 (u)), Q(–u⎪f 0 (–u)) und der Koordinatenursprung O bilden für jeden<br />
Wert von u (u ∈ R, 0 < u < 5) ein Dreieck.<br />
Unter den Dreiecken dieser Art gibt es genau eines mit maximalem Flächeninhalt.<br />
Berechnen Sie den zugehörigen Wert von u.<br />
1.4 Ein Graph G k (k > –9) berührt die Gerade g mit der Gleichung g(x) = x + 9.<br />
Berechnen Sie den entsprechenden Wert für k.
Abitur 2006 Mathematik LK Seite 6<br />
W2<br />
Analytische Geometrie (21 BE)<br />
Die Abbildung zeigt die Darstellung eines Einfamilienbungalows in einem<br />
kartesischen Koordinatensystem (Maße in Metern).<br />
Der Bungalow besteht aus einem quaderförmigen Bau von 16 m Länge, 10 m Breite<br />
und 3 m Höhe und einem aufgesetzten symmetrischen Dach.<br />
Das Dach setzt sich zusammen aus zwei kongruenten, gleichschenkligen Dreiecksflächen<br />
und zwei ebenfalls kongruenten gleichschenkligen Trapezflächen.<br />
U U<br />
Abbildung nicht maßstäblich<br />
2.1 Ermitteln Sie je eine Koordinatengleichung für die Dachebene ε 1 , die das Dreieck EFI<br />
enthält, sowie für die Dachebene ε 2 , die das Trapez FGJI enthält.<br />
Für den Ausbau des Dachraumes wird u. a. der stumpfe Winkel zwischen den<br />
Dachebenen ε 1 und ε 2 benötigt.<br />
Berechnen Sie die Größe dieses Winkels.<br />
2.2 Für den Bungalow soll ein Schornstein mit quadratischer Grundfläche gebaut<br />
werden. Die Punkte P(4⎪6⎪0) und R(3,5⎪6,5⎪0) sind Eckpunkte dieser Grundfläche.<br />
2.2.1 Berechnen Sie die Höhe über der Grundfläche, in der die Schornsteinkante QU die<br />
Dachfläche durchstößt.<br />
2.2.2 Der Punkt T in der Höhe von 6 m soll vom Punkt M(20⎪–10⎪1) aus sichtbar sein.<br />
Prüfen Sie rechnerisch, ob diese Sichtbarkeit durch die Dachfläche EFI gestört wird.<br />
2.2.3 Ermitteln Sie, wie hoch der Schornstein maximal gebaut werden darf, damit bei<br />
⎛ 53⎞<br />
r ⎜ ⎟<br />
Sonnenlichteinfall mit dem Richtungsvektor u= ⎜⎜<br />
0<br />
⎟<br />
der Schatten des<br />
⎝−11⎠<br />
Schornsteins nur auf die Dachfläche FGJI fällt.
Abitur 2006 Mathematik LK Seite 7<br />
W3<br />
Analytische Geometrie und Analysis (21 BE)<br />
y<br />
Ein Schiff P wird nacheinander zu bestimmten<br />
Zeiten in den Punkten<br />
P 1 (14⎪13) und P 2 (12⎪11) geortet.<br />
Zu den gleichen Ortungszeiten wird<br />
die Position eines zweiten Schiffes Q<br />
in den Punkten<br />
Q 1 (12⎪–2) und Q 2 (11⎪–1) festgestellt.<br />
Beide Schiffe bewegen sich geradlinig<br />
mit konstanter Geschwindigkeit.<br />
Alle Koordinatenangaben erfolgen<br />
in sm (sm - Seemeilen, GSG - gefährliches<br />
Seegebiet).<br />
L<br />
GSG B<br />
R<br />
Q<br />
P<br />
x<br />
Abbildung nicht maßstäblich<br />
3.1 Vom Punkt L(0⎪1) aus überstreicht der Lichtstrahl eines Leuchtfeuers mit einer<br />
Sichtweite von 10 sm einen Viertelkreis (siehe Abbildung).<br />
Im Punkt R erblickt der Kapitän des Schiffes P erstmalig dieses Leuchtfeuer.<br />
3.1.1 Berechnen Sie die Größe des Winkels zwischen RL und der Bewegungsrichtung des<br />
Schiffes.<br />
3.1.2 Berechnen Sie den Abstand der Schiffsroute des Schiffes P zum Leuchtfeuer L.<br />
3.2 Bei gleichzeitiger Ortung der Schiffe P und Q sind die Schiffspositionen durch die<br />
Punkte P r (14 – 2r⎪13 – 2r) und Q r (12 – r⎪–2 + r) mit r ∈ R und r > 0 gegeben.<br />
Für den Abstand der beiden Schiffe voneinander gilt:<br />
d (r) = P r<br />
Q .<br />
3.2.1 Berechnen Sie den Ort von P, wenn der Abstand der beiden Schiffe P und Q<br />
voneinander erstmalig 9 sm beträgt.<br />
3.2.2 Für genau einen Wert von r ist der Abstand der beiden Schiffe voneinander<br />
minimal.<br />
Ermitteln Sie diesen Wert für r.<br />
Geben Sie den minimalen Abstand an.<br />
3.3 Im Punkt B(x B ⎪y B ) befindet sich eine Warnboje.<br />
Die Begrenzungen des für die Schifffahrt gefährlichen Seegebietes „GSG“ vor dem<br />
Leuchtfeuer L können durch die Graphen der Funktionen f und g mit den<br />
Gleichungen<br />
f(x) = –x 3 + x + 4<br />
g(x) = x + 1<br />
mit x ∈ R, 0 ≤ x ≤ x B und<br />
mit x ∈ R, 0 ≤ x ≤ x B<br />
und der Geraden mit der Gleichung x = 0 beschrieben werden.<br />
Die Graphen von f und g schneiden einander im Punkt B.<br />
Bestimmen Sie den Flächeninhalt des gefährlichen Seegebietes.<br />
r