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Aufgabe 1: 💉 Wirkstoffmenge im Blut
Zu Beginn befindet keine Wirkstoffmenge im Blut. Ein Medikament wird kontinuierlich über eine Infusion zugeführt. Die momentane Zufuhrgeschwindigkeit ist gegeben durch:
(t in Stunden, in mg/h)
a) Nimmt die Wirkstoffmenge im Körper zu oder ab? Begründen Sie.
Die Funktion beschreibt die momentane Zufuhrgeschwindigkeit des Medikaments. Es gilt für alle , da die Exponentialfunktion immer positiv ist. Das bedeutet, dass die Wirkstoffmenge im Körper zunimmt.
b) Wie viel Milligramm des Wirkstoffs befinden sich nach 4 Stunden im Blut? Runde auf zwei Dezimalstellen.
Antwort: Es befinden sich {z{11,65}} mg Wirkstoff im Blut.
Die Funktion beschreibt die momentane Zufuhrgeschwindigkeit des Medikaments. Um die gesamte Wirkstoffmenge im Blut nach 4 Stunden zu berechnen, müssen wir das Integral der Funktion von 0 bis 4 berechnen:
c) Nach welcher Zeit sind 10 mg Wirkstoff im Blut enthalten? Runde auf zwei Dezimalstellen.
Antwort: Nach {z{3,05}} Stunden sind 10 mg Wirkstoff im Blut enthalten.
Um die Zeit zu berechnen, nach der 10 mg Wirkstoff im Blut sind, setzen wir und lösen die Gleichung:
d) Welche maximale Wirkstoffmenge wird bei dieser Infusion erreicht? Runde auf zwei Dezimalstellen.
Antwort: Die maximale Wirkstoffmenge beträgt {z{16,67}} mg.
Die maximale Wirkstoffmenge wird erreicht, wenn die Zufuhrgeschwindigkeit gegen 0 geht. Das bedeutet, dass die Exponentialfunktion gegen 0 geht. Daher ist die maximale Wirkstoffmenge:
Aufgabe 2: 🔍 Vergleichen von Exponentialfunktionen
Gegeben sind die Exponentialfunktionen:
a) Berechne die Ableitungen und .
b) Vergleiche die Graphen der beiden Ableitungen und . Berücksichtige dabei den Definitions- und Wertebereich, das Monotonieverhalten, das Verhalten im Unendlichen und die Achsenschnittpunkte.
Um die Graphen der beiden Ableitungen
zu vergleichen, analysieren wir folgende Aspekte:
1. Definitionsbereich
Beide Funktionen sind Exponentialfunktionen mit positiven Basen:
- und sind für alle reellen Zahlen definiert.
- Definitionsbereich beider Funktionen:
2. Wertebereich
Da der Exponentialausdruck für alle , gilt:
Wertebereich:
3. Monotonieverhalten
Exponentialfunktionen mit positivem Exponenten sind streng monoton steigend:
- steigt schneller als , da .
4. Verhalten im Unendlichen
-
Für :
- deutlich schneller als
-
Für :
- Beide Funktionen gehen gegen 0, wobei schneller als
Das liegt am Exponenten der e-Funktion:
- geht schneller gegen 0 für als , da .
5. Achsenschnittpunkte
y-Achsen-Schnittpunkt (bei ):
Also schneidet die y-Achse oberhalb von .
Fazit (Vergleich in Stichpunkten)
Aspekt | ||
---|---|---|
Definitionsbereich | ||
Wertebereich | ||
Monotonie | streng steigend | streng steigend |
Wachstum | schneller wachsend | langsamer wachsend |
Verhalten bei | schneller | langsamer |
Verhalten bei | schneller | langsamer |
y-Achsen-Schnittpunkt | 1 | 0,9 |
c) Bestimme von f(x) und g(x) die Tangenten an der Stelle .
Um die Tangente an der Stelle zu bestimmen, berechnen wir den Funktionswert und die Ableitung an dieser Stelle.
Jetzt setzen wir diesen Wert in die Tangentengleichung ein:
Das Gleiche machen wir für :
Jetzt setzen wir diesen Wert in die Tangentengleichung ein: