Abiturprüfung an den allgemein bildenden Gymnasien

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1 MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT Hinweise für die Abiturientinnen und Abiturienten Abiturprüfung an den allgemein bildenden Gymnasien Haupttermin 017 Prüfungsfach: Bearbeitungszeit: Hilfsmittel: Hinweise: Mathematik 70 Minuten Die Merkhilfe Der im Kurs eingeführte Grafikfähige Taschenrechner Nachschlagewerke zur deutschen Rechtschreibung und Zeichensetzung Sie erhalten vier Aufgaben: 1. Die Aufgaben des Pflichtteils. Eine Wahlteil-Aufgabe Analysis (A 1 oder A ) 3. Eine Wahlteil-Aufgabe Analytische Geometrie (B 1 oder B ) 4. Eine Wahlteil-Aufgabe Stochastik (C 1 oder C ) Es sind alle vier vorgelegten Aufgaben zu bearbeiten. Im ersten Teil der Prüfungszeit bearbeiten Sie die Aufgaben des Pflichtteils ohne Hilfsmittel. Nach Abgabe der bearbeiteten Aufgaben des Pflichtteils erhalten Sie die zugelassenen Hilfsmittel für die Bearbeitung der drei Wahlteil-Aufgaben. Verwenden Sie für die Reinschrift und den Entwurf je Aufgabe einen neuen Bogen. Vermerken Sie auf jedem Bogen die Nummer der bearbeiteten Aufgabe. Sie sind verpflichtet, die Ihnen vorgelegten Aufgaben auf ihre Vollständigkeit (Anzahl der Blätter, Anlagen usw.) zu überprüfen. Lösungen auf den Aufgabenblättern werden nicht gewertet.

2 MINISTERIUM FÜR KULTUS, JUGEND UND SPORT Abiturprüfung an den allgemein bildenden Gymnasien Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Haupttermin 017 Pflichtteil Blatt 1 - Aufgabe 1 Bilden Sie die Ableitung der Funktion f mit f(x) = ( 3+ cos(x) ) 4. (1,5 VP) Aufgabe Lösen Sie die Gleichung 4x x e 5= 4e. Aufgabe 3 Gegeben ist die Funktion f mit f(x) = ; x> 0. x Berechnen Sie den Inhalt der markierten Fläche. Aufgabe 4 Sind folgende Aussagen wahr? Begründen Sie jeweils Ihre Entscheidung. (1) Jede Funktion, deren Ableitung eine Nullstelle hat, besitzt eine Extremstelle. () Jede ganzrationale Funktion vierten Grades hat eine Extremstelle..

3 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Haupttermin 017 Pflichtteil Blatt - Aufgabe 5 Gegeben sind die Ebenen E:x1+ 3x = 6 und r F: x 5 0 = a) Stellen Sie die Ebene E in einem Koordinatensystem dar. b) Bestimmen Sie eine Gleichung der Schnittgeraden von E und F. c) Ermitteln Sie eine Gleichung einer Geraden, die in E enthalten ist und mit F keinen Punkt gemeinsam hat. (4,5 VP) Aufgabe 6 Gegeben sind eine Ebene E, ein Punkt P in E sowie ein weiterer Punkt S, der nicht in E liegt. Der Punkt S ist die Spitze eines geraden Kegels, dessen Grundkreis in E liegt und durch P verläuft. Die Strecke PQ bildet einen Durchmesser des Grundkreises. Beschreiben Sie ein Verfahren, mit dem man die Koordinaten des Punktes Q bestimmen kann. Aufgabe 7 In einer Urne liegen drei rote, zwei grüne und eine blaue Kugel. Es werden so lange nacheinander einzelne Kugeln gezogen und zur Seite gelegt, bis man eine rote Kugel erhält. Bestimmen Sie die Wahrscheinlichkeit dafür, dass man höchstens drei Kugeln zieht..

4 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe A 1 Haupttermin 017 Analysis Wahlteil Aufgabe A 1.1 Seite 1 von Die Anzahl der Käufer einer neu eingeführten Smartphone-App soll modelliert werden. Dabei wird die momentane Änderungsrate beschrieben durch die Funktion f mit f(t) = 6000 t e 0,5t ; t 0 ( t in Monaten nach der Einführung, f(t) in Käufer pro Monat). a) Zunächst werden nur die ersten zwölf Monate nach der Einführung betrachtet. Geben Sie die maximale momentane Änderungsrate an. Bestimmen Sie den Zeitraum, in dem die momentane Änderungsrate größer als 4000 Käufer pro Monat ist. Bestimmen Sie die Zeitpunkte, zu denen die momentane Änderungsrate am stärksten abnimmt bzw. zunimmt. (4,5 VP) b) Zeigen Sie, dass für t > die Funktion f streng monoton fallend ist und nur positive Werte annimmt. Interpretieren Sie dies in Bezug auf die Entwicklung der Käuferzahlen. (4 VP) c) Ermitteln Sie die Gesamtzahl der Käufer sechs Monate nach Einführung der App. Bestimmen Sie den Zeitraum von zwei Monaten, in dem es 5000 neue Käufer gibt. (3,5 VP) d) Bei einer anderen neuen App erwartet man maximal Käufer. In einem Modell soll angenommen werden, dass sich die Gesamtzahl der Käufer nach dem Gesetz des beschränkten Wachstums entwickelt. Sechs Monate nach Verkaufsbeginn gibt es bereits Käufer. Bestimmen Sie einen Funktionsterm, welcher die Gesamtzahl der Käufer in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt.

5 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe A 1 Haupttermin 017 Analysis Wahlteil Aufgabe A 1. Seite von 1 Die Funktion g ist gegeben durch g(x) = x ; x 0. 3 x a) Die Tangente an den Graphen von g im Punkt B verläuft durch P(0 0,5). Bestimmen Sie die Koordinaten von B. b) Es gibt einen Punkt auf dem Graphen von g, der den kleinsten Abstand zur Geraden mit der Gleichung y = x 1 besitzt. Ermitteln Sie die x-koordinate dieses Punktes.

6 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe A Haupttermin 017 Analysis Wahlteil Aufgabe A.1 Seite 1 von An einem Stausee wird der Zu- und Abfluss künstlich geregelt. Dabei wird die momentane Zuflussrate beschrieben durch die Funktion z mit π z(t) = 0 sin t + 5 ; t 0 1. Die konstante Abflussrate wird beschrieben durch die Funktion a mit a(t) = 19 ; t 0 (t in Stunden seit Beobachtungsbeginn, z(t) und a(t) in m ). h a) Zunächst werden die ersten 4 Stunden nach Beobachtungsbeginn betrachtet. Bestimmen Sie die minimale momentane Zuflussrate. In welchem Zeitraum nimmt die Wassermenge im Stausee ab? Bestimmen Sie die maximale momentane Änderungsrate der Wassermenge. (4 VP) b) Zu Beobachtungsbeginn befinden sich m 3 Wasser im See. Bestimmen Sie die Wassermenge im Stausee 1 Stunden nach Beobachtungsbeginn. Begründen Sie, dass die Wassermenge in jedem 4-Stunden-Zeitraum um m 3 zunimmt. Welchen Wert müsste die konstante Abflussrate haben, damit nach Ablauf von 14 Tagen die Wassermenge im Stausee m 3 betragen würde? (5,5 VP) Aufgabe A. Gegeben ist die Funktion f mit 3 f(x) = x 9x + 4x 14. a) Die Gerade g durch den Hochpunkt H und den Tiefpunkt T des Graphen von f schneidet die Koordinatenachsen in den Punkten P und Q. Bestimmen Sie den prozentualen Anteil der Strecke HT an der Strecke PQ. (4 VP) b) Begründen Sie, dass die Steigung des Graphen von f keine Werte kleiner als 3 annehmen kann. ( VP)

7 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe A Haupttermin 017 Analysis Wahlteil Seite von c) Der Graph von f und die Gerade h mit der Gleichung y = schließen eine Fläche ein. Diese Fläche rotiert um die Gerade h. Berechnen Sie das Volumen des entstehenden Rotationskörpers. d) Eine Parallele zur x-achse schneidet aus dem Graphen von f ein Kurvenstück aus, das den Tiefpunkt enthält. Die Endpunkte dieses Kurvenstücks haben den Abstand,5 voneinander. Bestimmen Sie eine Gleichung dieser Parallelen. ( VP)

8 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe B 1 Haupttermin 017 Analytische Geometrie Wahlteil Ein Künstler teilt einen quaderförmigen Container durch einen ebenen Schnitt in einen großen und einen kleinen Teilkörper. Der Container wird in einem Koordinatensystem als Quader mit den Eckpunkten A( 0 3), B( 10 3), C(0 10 3), D, F, G( 10 0), H und O(0 0 0) dargestellt (Koordinatenangaben in Meter). Die Ebene E schneidet die Kanten des Quaders in den Punkten R( 9 3), S( 10 ), T(0 10 1) und Q(0 8 3). Der kleine Teilkörper hat also die Eckpunkte Q, R, S, T, B, C. a) Bestimmen Sie eine Koordinatengleichung der Ebene E. Begründen Sie, dass es sich bei dem Viereck QRST um ein Trapez handelt. Berechnen Sie den Flächeninhalt des Trapezes QRST. (Teilergebnis: E: x1+ x+ x3 = ) (6 VP) b) Der kleine Teilkörper wird mit den Schnittkanten nach unten auf den großen Teilkörper gestellt. Bestimmen Sie die Höhe des zusammengesetzten Körpers. (1,5 VP) c) Der Container besitzt eine Tür, die im geschlossenen Zustand durch das Viereck ODAF dargestellt wird. Die Tür ist drehbar um die Kante, die durch die Strecke OD beschrieben wird. Jede Ebene T a :ax1+ x = 0; a 0 beschreibt eine mögliche Stellung dieser Tür. Bestimmen Sie den Wert für a, für den der Öffnungswinkel der Tür 30 beträgt.

9 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe B Haupttermin 017 Analytische Geometrie Wahlteil Zwei Flugzeuge F 1 und F bewegen sich geradlinig mit jeweils konstanter Geschwindigkeit über dem offenen Meer. In einem Koordinatensystem beschreibt dabei die x1x-ebene die Meeresoberfläche. Die Beobachtung der Flugzeuge beginnt um Uhr. Die Flugbahn von F 1 wird beschrieben durch die Gleichung 15 4 r g 1:x= 6 + t 1 3, 4 0,3 (t in Minuten nach Beobachtungsbeginn). Der Punkt P( ,) beschreibt die Position von F um Uhr, der Punkt Q(1 36 3,8) die Position von F um Uhr (1 LE entspricht 1 km). a) Berechnen Sie die Geschwindigkeit von F 1 in km/min. Bestimmen Sie den Zeitpunkt, zu dem F 1 eine Höhe von 4,9 km erreicht. Berechnen Sie die Weite des Winkels, mit dem das Flugzeug F steigt. b) Die Flugbahnen von F 1 und F schneiden sich. Aus Sicherheitsgründen müssen die Zeitpunkte, zu denen die Flugzeuge den Schnittpunkt ihrer Flugbahnen durchfliegen, mindestens eine Minute auseinander liegen. Prüfen Sie, ob diese Bedingung erfüllt ist. c) Die Position eines Ballons wird durch den Punkt B(6 43 4,3) beschrieben. Bestimmen Sie einen Zeitpunkt t 0, zu dem beide Flugzeuge denselben Abstand vom Ballon haben. Die Punkte auf der Meeresoberfläche, die zum Zeitpunkt t 0 ebenfalls von beiden Flugzeugen gleich weit entfernt sind, liegen auf einer Geraden. Beschreiben Sie ein Verfahren, mit dem man eine Gleichung dieser Geraden bestimmen kann. (4 VP)

10 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe C 1 Haupttermin 017 Stochastik Wahlteil Die Tabelle zeigt die prozentualen Anteile einiger Farben der in Deutschland fahrenden Autos: Farbe silber oder grau schwarz weiß Anteil 9,9 % 8,8 % 15,1 % Diese Anteile werden im Folgenden als Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten der jeweiligen Autofarben verwendet. Zwei Kinder beobachten vorbeifahrende Autos und achten auf deren Farbe. a) Zunächst beobachten die beiden Kinder 80 Autos. Bestimmen Sie die Wahrscheinlichkeiten folgender Ereignisse: A: Genau Autos sind silber oder grau. B: Mindestens 33 Autos sind schwarz. C: Unter den ersten zehn Autos sind mindestens drei, die keine der in der Tabelle angegebenen Farben haben, und von den anderen 70 Autos sind höchstens 0 schwarz. b) Wie hoch müsste der Anteil der schwarzen Autos mindestens sein, damit mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 95 % unter 100 beobachteten Autos mindestens 8 schwarz sind? ( VP) c) Das eine Kind bietet dem anderen folgendes Spiel an: Wenn von den nächsten vier Autos mindestens drei hintereinander nicht schwarz sind, bekommst du von mir ein Gummibärchen, ansonsten bekomme ich eines von dir. Untersuchen Sie, ob dieses Spiel fair ist. d) Es wird vermutet, dass der Anteil p der weißen Autos zugenommen hat. Um dies zu überprüfen, wird die Nullhypothese H 0 :p 0,151 auf dem Signifikanzniveau 10 % getestet. Dazu werden die Farben von 500 Autos erfasst. Bestimmen Sie die zugehörige Entscheidungsregel.

11 Prüfungsfach: M a t h e m a t i k Aufgabe C Haupttermin 017 Stochastik Wahlteil Bei dem dargestellten Glücksspielautomaten sind zwei Glücksräder G 1 und G mit fünf bzw. vier gleich großen Kreissektoren angebracht. Bei jedem Spiel werden sie in Drehung versetzt und laufen dann unabhängig voneinander aus. Schließlich bleiben sie so stehen, dass von jedem Rad genau eine Zahl im Rahmen angezeigt wird. Der Spieleinsatz beträgt. Sind die beiden angezeigten Zahlen gleich, so wird deren Summe in Euro ausgezahlt; andernfalls wird nichts ausgezahlt. Der Hauptgewinn besteht also darin, dass 16 ausgezahlt werden. 1 G 1 G a) Ein Spieler spielt zehn Mal. Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeiten folgender Ereignisse: A: Das Glücksrad G 1 zeigt genau fünf Mal die Zahl 1. B: Beim ersten Spiel beträgt die Summe der beiden angezeigten Zahlen 10. C: Der Spieler erhält mindestens einmal den Hauptgewinn. b) Mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 95 % soll in mindestens einem Spiel der Hauptgewinn erzielt werden. Berechnen Sie, wie oft man dazu mindestens spielen muss. ( VP) c) Berechnen Sie, wie viel der Betreiber auf lange Sicht durchschnittlich pro Spiel verdient. d) Der Betreiber möchte erreichen, dass bei zehn Spielen die Wahrscheinlichkeit für mindestens einen Hauptgewinn maximal 5 % beträgt. Dazu möchte er beim Glücksrad G den Mittelpunktswinkel des Kreissektors verändern, der mit der Zahl 8 beschriftet ist. Berechnen Sie, wie weit der Mittelpunktswinkel dieses Kreissektors maximal gewählt werden darf. ( VP)