Exponentialfunktionen beschreiben Wachstums- und Zerfallsprozesse, die im Abitur regelmäßig in Anwendungsaufgaben auftauchen — von radioaktivem Zerfall über Bevölkerungswachstum bis zur Verzinsung. Dieses Quiz übt sowohl die reine Differential- und Integralrechnung mit der e-Funktion als auch das Verständnis der zugrundeliegenden Wachstumsmodelle.
Die zehn Fragen behandeln die charakteristischen Eigenschaften von (streng monoton steigend, keine Nullstelle, Ableitung gleich der Funktion selbst), die Kettenregel bei , die Berechnung der Halbwertszeit beim radioaktiven Zerfall über , sowie den Unterschied zwischen unbegrenztem exponentiellem Wachstum und logistischem Wachstum mit Sättigungsgrenze. Auch Transformationen der Grundfunktion (Verschiebungen im Graphen bei ) und die Stammfunktion von werden geübt.
Besonderer Wert liegt auf dem Verständnis, dass die stetige Wachstumsrate im Exponenten die momentane relative Änderungsrate ist, aber weder mit dem Wachstumsfaktor noch exakt mit der prozentualen Zunahme pro Jahr übereinstimmt, der sie nur für kleine nahekommt — Begriffe, die häufig verwechselt werden. Auch die Bedingungen für Wachstum ( bzw. ) versus Zerfall ($0<a<1$ bzw. ) werden klar herausgearbeitet, ebenso wie die Umrechnung zwischen einer allgemeinen Exponentialfunktion und der Basis .
Dieses Set ergänzt die Kurvendiskussion und Extremwertaufgaben um die für Anwendungskontexte besonders wichtige Funktionsklasse der Exponentialfunktionen und ist damit ein zentraler Baustein für den Analysis-Teil der Abiturprüfung Mathematik im Rahmen des IQB-Aufgabenpools.
Beispielaufgabe: „Ein radioaktiver Stoff zerfällt gemäß $N(t) = N_0 \times e^{-\lambda t}$. Wie lässt sich die Halbwertszeit $T_H$ berechnen?" — Lösung über $0{,}5 = e^{-\lambda T_H} \Rightarrow T_H = \frac{\ln(2)}{\lambda}$.
Welche der folgenden Aussagen zur Ableitung der Funktion $f(x) = e^{g(x)}$ sind korrekt?
$f'(x) = g'(x) × e^{g(x)}$, Die Kettenregel wird zur Ableitung benötigt.
Nach der Kettenregel gilt für $f(x) = e^{g(x)}$ die Ableitung $f'(x) = e^{g(x)} × g'(x)$.
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