1. Flächenberechnungenmit Hilfe von Integralen
Versuche nun selbst die beiden Graphen und
in ein gemeinsames Koordinatensystem zu zeichnen! Deine Zeichnung sollte im Prinzip so aussehen, wie die folgende Abbildung.
Abb.:Graph der Funktion
und Graph
der Umkehrfunktion
Zu 10d.)
In Teilaufgabe 10c.) wurden die beiden Graphen und
in ein gemeinsames Koordinatensystem gezeichnet. In der folgenden Zeichnung kannst du auch das Flächenstück sehen, das im I. Quadranten von
und
mit den Koordinatenachsen eingeschlossen wird. Es ist grün markiert und setzt sich aus den Flächen
und
zusammen.
Um den Inhalt des grünen Flächenstücks berechnen zu können, müssen wir vorweg die x-Koordinate des Schnittpunkts der beiden Funktionen und
ermitteln. Dieser Wert entspricht der oberen Integrationsgrenze. Normalerweise berechnet man den Schnittpunkt zweier Funktionen, indem man die Funktionen gleichsetzt. Will man den Schnittpunkt von Funktion und Umkehrfunktion ermitteln, könnte man demnach
und
gleichsetzen und dann nach x auflösen. Leider ergeben sich beim Gleichsetzen von
und
oft Gleichungen, die sich gar nicht oder nur sehr schwer nach x auflösen lassen. Daher wählen wir einen anderen Rechenweg.
Da der Graph durch Spiegelung von
an der Winkelhalbierenden y = x entsteht, können sich
und
zwangsläufig nur auf der Winkelhalbierenden schneiden. Eventuell vorhandene Schnittpunkte einer Funktion mit ihrer Umkehrfunktion liegen immer auf der Winkelhalbierenden y = x. Daher lassen sich gemeinsame Punkte von
und
leichter berechnen, indem man eine der beiden Funktionen
oder
mit der Winkelhalbierenden y = x gleichsetzt. An Stelle von
kann demnach entweder die Gleichung
oder
gelöst werden. In diesem Fall entscheiden wir uns für das Gleichsetzen von
mit der Winkelhalbierenden y = x. So können wir hier auch das Lösen von Wurzelgleichungen üben.
Berechnung des Schnittpunkts von und
Vorsicht:Die linke Seite der Gleichung muss mit der zweiten binomischen Formelausgerechnet werden!
Wir verwenden die Mitternachtsformel, um die Gleichung nach x aufzulösen.
Nun muss unbedingt die Probe durchgeführt werden. Bei Wurzelgleichungen können nämlich sogenannte Scheinlösungen auftreten. Das sind Werte, die sich am Ende der Rechnung für x ergeben, die jedoch nicht Lösung der Wurzelgleichung sind, für die sich also bei der Probe ein Widerspruch ergibt. (Das liegt nicht daran, dass wir einen Fehler in unserer Rechnung haben, sondern daran, dass das Quadrieren einer Gleichung streng genommen keine Äquivalenzumformung ist.)