Fläche Tangente Max
1. **Problem statement:**
Berechne den Flächeninhalt, der von der Funktion $f(x) = x^3 - 3x^2 + 4$ und der Tangente im Maximum eingeschlossen wird. Die Integrationsgrenzen sind die Schnittpunkte der Tangente mit dem Graphen.
2. **Maximum bestimmen:**
Die Ableitung ist $f'(x) = 3x^2 - 6x$.
Setze $f'(x) = 0$ für kritische Punkte:
$$3x^2 - 6x = 0 \Rightarrow 3x(x-2) = 0 \Rightarrow x=0 \text{ oder } x=2$$
3. **Art der kritischen Punkte:**
Zweite Ableitung: $f''(x) = 6x - 6$.
Für $x=0$: $f''(0) = -6 < 0$ Maximum.
Für $x=2$: $f''(2) = 6 > 0$ Minimum.
4. **Funktionswert im Maximum:**
$$f(0) = 0^3 - 3\cdot0^2 + 4 = 4$$
5. **Tangente im Maximum:**
Steigung $m = f'(0) = 0$.
Tangente: $y = f(0) + m(x-0) = 4$ (eine horizontale Gerade).
6. **Schnittpunkte der Tangente mit $f(x)$:**
Setze $f(x) = 4$:
$$x^3 - 3x^2 + 4 = 4 \Rightarrow x^3 - 3x^2 = 0 \Rightarrow x^2(x-3) = 0$$
Lösungen: $x=0$ (Maximum), $x=3$.
7. **Flächeninhalt berechnen:**
Der Flächeninhalt zwischen $x=0$ und $x=3$ ist
$$A = \int_0^3 |f(x) - 4| \, dx$$
Da $f(x) \leq 4$ im Intervall (außer bei $x=0$), ist
$$A = \int_0^3 (4 - f(x)) \, dx = \int_0^3 (4 - (x^3 - 3x^2 + 4)) \, dx = \int_0^3 (-x^3 + 3x^2) \, dx$$
8. **Integral berechnen:**
$$\int_0^3 (-x^3 + 3x^2) \, dx = \left[-\frac{x^4}{4} + x^3 \right]_0^3 = \left(-\frac{81}{4} + 27\right) - 0 = -20.25 + 27 = 6.75$$
9. **Endergebnis:**
Der Flächeninhalt beträgt $6.75$ Einheiten².