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Extremwert/Verpackung

Die Verpackung eines bestimmten Produktes muß die Länge von cm haben. Der Deckel des verwendeten Kartons soll das Unterteil um 3 cm überlappen (siehe Abbildung).

Das Volumen des Kartons sei .

Welche Breite und Höhe hat der Karton, wenn das verwendete Material ein Minimum sein soll?

Lösung:

Wir bezeichnen die Breite mit x und die Höhe mit y. Dann lassen sich folgende Beziehungen aufstellen

Die Größe A bezeichnet die Oberfläche des Kartons und des Deckels. Die letzten beiden Summanden in (2) sind durch die Deckelränder verursacht.

Aus (1) erhält man eine Beziehung für y. Wird diese in (3) eingesetzt, so ergibt sich

Um den Wert für x zu bekommen, bei dem das verwendete Material ein Minimum ist, muß die erste Ableitung gebildet und Null gesetzt werden

Daraus ergibt sich

Der positive Wert in (1) eingesetzt, denn nur dieser ist physikalisch sinnvoll, ergibt die Höhe des Kartons

Die zweite Ableitung von (4) liefert die Information, ob es sich in diesem Fall um ein Minimum oder Maximum handelt:

Diese Ableitung ist für immer positiv. Das bedeutet, unsere Lösung führt zu einem Karton mit minimalen Materialaufwand.
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