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Geringster Abstand zwischen Graph und einem Punkt

Universität / Fachhochschule

Funktionalanalysis

Tags: Abstand, Graph einer Funktion, Punkt

 
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JonnyRico

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23:22 Uhr, 13.05.2008

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Hi,

ich habe hier folgende Aufgabe:

Berechnen Sie die Koordinaten (x,y) des Punktes auf dem Graphen y = 0,25x^2, der zu dem Punkt (1,2) den geringsten Abstand hat.

Also irgendwie fehlt mir hier ein Ansatz aus Analysis-technischer Sicht. Ich könnte mir da mit Vektoren etwas vorstellen im Bezug auf die Quadrantenhalbierende, aber ich denke das ist hier nicht gesucht und ich bin auch nicht sicher ob dieser Ansatz zum Erfolg führen würde. Kann mir jemand vielleich einen Tip geben wie eine solche Aufgabe zu lösen ist?? Schon mal vielen Dank im Voraus.

Gruß

Sascha

Hierzu passend bei OnlineMathe:
Kurvendiskussion (Mathematischer Grundbegriff)
Funktion (Mathematischer Grundbegriff)

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
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hagman

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23:30 Uhr, 13.05.2008

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Der Abstand d von (x,y) und (1,2) ist nach Pythagoras gegeben durch
d2=(x-1)2+(y-2)2
Setze y ein, fasse d2 als Funktion von x auf, suche lokales Minimum.
JonnyRico

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10:23 Uhr, 14.05.2008

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Hi,

danke für deine schnelle Antwort. Leider habe ich mit der Aufgabe noch so meine Probleme. Wenn ich d 2 = ( x 1 ) 2 + ( 1 4 x 2 + 2 ) 2 habe und dann entweder differenziere oder ersteinmal ausmultipliziere, bekomme ich am Ende eine Funktion 3ten Grades in der ich leider dann keine Nullstelle bestimmen kann. Wenn ich vor dem Differenzieren die Wurzel aus dem ganzen Ausdruck ziehe, bekomme ich leider auch eine ganz komische Funktion. Kannst du mir vielleicht noch mal helfen. Danke schon mal

Gruß

Sascha

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anonymous

anonymous

12:08 Uhr, 14.05.2008

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Hallo,

"Wenn ich vor dem Differenzieren die Wurzel aus dem ganzen Ausdruck ziehe, bekomme ich leider auch eine ganz komische Funktion"

Da du den Punkt auf f mit minimalen Abstand d zum Punkt P suchst, wird dir nichts anderes übrig bleiben, als zunächst die Wurzel zu ziehen. Grundsätzlich benötigt man zur Lösung solcher Extremwertprobleme eine "Zielfunktion"; diese muss genaus die Größe beschreiben, die extremal werden soll. In diesem Fall muss das d sein mit

d(x)=(x-1)2+(14x2+2)2

Ableiten ergibt (unter Verwendung der Kettenregel):

d'(x)=2(x-1)+212x(14x+2)2(x-1)2+(14x2+2)2
=x28+2x-2(x-1)2+(14x2+2)2

d'(x)=0
0=x28+2x-2

...

Ich denke, hier kannst du jetzt wieder selbst weiterrechnen.

Und die Moral von der Geschicht:
Fürcht Dich vor großen Wurzeln nicht:-)

Gruß, Diophant
JonnyRico

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12:33 Uhr, 14.05.2008

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Hey danke dir,

aber ich bin nicht sicher ob sich da vielleicht ein kleiner Rechenfehler eingeschlichen hat oder ob ich da nen bissel auf dem Schlau stehe. Du schreibst in der inneren Ableitung des zweiten Terms der Wurzel

2 * 1 2 x * ( 1 4 x + 2 )



Wo ist denn das x 2 bei ( 1 4 x 2 + 2 ) geblieben?? Die 2 ist der Exponent von aussen und die 1 2 x die innere Ableitung der Klammer aber dnn müsste doch ( 1 4 x 2 + 2 ) kommen oder??

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pwmeyer

pwmeyer aktiv_icon

13:29 Uhr, 14.05.2008

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Hallo,

Du hast recht mit Deiner letzten Bemerkung, allerdings hat sich schon oben ein Fehler eingeschlichen: Es mus x24-2 heißen. Dann wird auch manches einfacher.

Gruß pwm
JonnyRico

JonnyRico aktiv_icon

13:54 Uhr, 14.05.2008

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Hi,

okay.....da hast du natürlich Recht. Ich komme jetzt am Ende auf den Punkt(0,8/0,16), aber irgendwie scheint mir das nicht so ganz plausibel, denn wenn ich x = 1 setze bekomme ich den Punkt (1/0,25) dieser Stellt ja die Senkrechte vom Punkt P(1/2) auf den Graphen dar und dessen Strecke ist doch sicher kürzer als die zu (0,8/0,16) ;(

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AUUUUAAAA!!! Einfach zu blöd gewesen. Hatte wieder einen Vorzeichendreher. Richtig ist der Punkt (2/1) und der scheint mir auch absolut plausibel zu sein.

DANKE!!!

Antwort
hagman

hagman aktiv_icon

17:59 Uhr, 14.05.2008

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Nochmal der Tipp:
Ob ich d2(x) minimiere oder d(x) minimiere, ist egal, denn weil Abstände immer 0 sind ist
ein xM mit d2(xM)d2(x) für alle x
dasselbe wie
ein xM mit d(xM)d(x) für alle x.
Das spart eine beim Differenziern lästige Wurzel. Da man für die Nullstelle den Nenner ignorieren kann, führt die Rechnung mit der Wurzel natürlich letztlich auf dieselbe Gleichung.

d2=(x-1)2+(14x2-2)2=x2-2x+1+116x4-x2+4=116x4-2x+3
dd2dx=14x3-2
Dies ist =0 genau für x=2
JonnyRico

JonnyRico aktiv_icon

18:07 Uhr, 14.05.2008

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Hi,

danke ;) Klar die Wurzel macht es etwas unübersichtlicher und in diesem Fall durch die doppelete Kettenregel dann langwieriger. Dann beim nächsten Mal ohne die Wurzel ;)

Danke