Änderung der Küstenlinie


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Aufgabe 1 Leuchtturm auf der Küstenlinie

Im Laufe der Jahre ändert die Küstenlinie ihren Verlauf,

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\(\\\) so dass der Leuchtturm in absehbarer Zukunft vom Wasser umspült wird.

Um zu berechnen wann der Leuchtturm auf der Küstenlinie liegt, werden die Koordinaten des Leuchtturms mit \(L(0{,}5 | 1{,}5)\) in die Funktion \(f_a(x)\) eingesetzt.

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\( \quad \begin{array}{ r c l l l } 5 \cdot 0{,}5 e^{-0{,}05\cdot 0{,}5 a} + 1 & = & 1{,}5 & & | \; - 1 \\[6pt] 2{,}5 e^{-0{,}025 a} & = & 0{,}5 & & | \; : 2{,}5 \\[6pt] e^{-0{,}025 a} & = & 0{,}2 & & | \; ln \\[6pt] ln\left(e^{-0{,}025 a}\right) & = & ln(0{,}2) \\[6pt] -0{,}025 a & = & ln(0{,}2) & & | \; :(-0{,}025) \\[6pt] a & = & 64{,}3775 \\ \end{array} \)

\(\\\)

Im Laufe des Jahres \(2064\) wird der Leuchtturm auf der Küstenlinie stehen.

\(\\[2em]\)

Aufgabe 2 Ortskurve der Hochpunkte

Für die Hochpunkte benötigen wir noch die Koordinaten der \(y\)-Werte.

\( \quad \begin{array}{ r c l l } f\left(\frac{20}{a}\right) & = & 5 \cdot \frac{20}{a} e^{-0{,}05 a \cdot \frac{20}{a}} + 1 \\[6pt] &= & \frac{100}{a} e^{- 1} + 1 \\ \end{array} \)

\(\\\)

Daraus ergeben sich folgende Gleichungen:

\( \quad \begin{array}{ r c r c l } \textrm{I} & & x & = & \frac{20}{a} \\[6pt] \textrm{II} & & y & = & \frac{100}{a} e^{- 1} + 1 \\ \end{array} \)

\(\\[1em]\)

Ortskurve aufstellen

  1. In Gleichung \(\textrm{I}\) Variable \(x\) nach Variable \(a\) auflösen :

\( \qquad \begin{array}{ r c r c l l } x & = & \frac{20}{a} & | \; \cdot a \\[6pt] ax & = & 20 & | : x \\[6pt] a & = & \frac{20}{x} \\ \end{array} \)

  1. \(a\) in Gleichung \(\textrm{II}\) einsetzen :

\( \qquad \begin{array}{ r c l c l l } y & = & \frac{100}{\frac{20}{x}} \cdot e^{- 1} + 1 \\[6pt] & = & 5x \cdot e^{- 1} + 1 \\[6pt] & = & \frac{5}{e}x + 1 \\ \end{array} \)

\(\\\)

Es ergibt sich als Ortskurve der Hochpunkte eine Gerade von der Form

\( \quad y \; = \; mx + b \)

\(\\\)

mit

\( \quad h(x) \; = \; \frac{5}{e}x + 1 \)

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\(\\[2em]\)

Aufgabe 3 Länge des Weges

Um die Position des Hochpunktes zu ermitteln, der genau nördlich vom Leuchtturm liegt,

my image

setzen wir die \(x\)-Koordinate des Leuchtturms in die Ortsgerade \(h\) ein.

\( \quad h(0{,}5) \; = \; \frac{5}{e} \cdot 0{,}5 + 1 \; = \; 1{,}92 \)

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Mit dem Wert \(y=1{,}92\) können wir nun die Länge des Weges bestimmen.

\( \quad 1{,}92 \; - \; 1{,}5 \; = \; 0{,}42 \)

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Der Weg ist \(42 \; m\) lang.

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