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Extremalaufgaben

Bei Extremalaufgaben sucht man einen Extremwert für ein bestimmtes Problem, z.B. geringsten Ausschuß, höchsten Energiegewinn (Wirkungsgrad), niedrigsten Energieverbrauch.

1) Zuerst bestimmt man die Funktion, die das Problem beschreibt.
 
In der Praxis ist oft eine modellhafte Näherungsfunktion auszuwählen.
 
2) Aus den Nullstellen der Ableitung erhält man mögliche Extrempunkte.


 
Die Nullstellen der Ableitung liefern die Extremstellen , nicht die Extremwerte !
 
3) Mit den höheren Ableitungen überprüft man, ob an den Stellen Minima, Maxima, Sattelpunkte vorliegen.


 
Bei einem Maximum muß die erste nichtverschwindende höhere Ableitung negativ sein.
 
4) Die Funktionswerte der gefundenen Maxima (Minima) und der Randwerte der Funktion werden berechnet (Randextrema). Der größte (kleinste) Wert ist der gesuchte Extremwert.

Vereinfachungen zum Bestimmen von Extrema:


 
Für ist ein absolutes Minimum.
 
Im Fall kann auch ein Extremum vorliegen, dann müssen die höheren Ableitungen betrachtet werden.
 
Aus einem Halbkreis soll ein Rechteck mit größtmöglicher Fläche ausgeschnitten werden.
Fläche des Rechteckes:
Extrema:
Maximum:
Randwerte: , (keine Randextrema)
Die maximale Fläche des Rechteckes beträgt also .

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