Der Produktlebenszyklus des nachhaltigen PCs "GreenPC" ist durch folgende Funktion gegeben:
mit
. Dabei ist der Umsatz in Geldeinheiten pro Jahr und die Zeit ist in Jahren angegeben.
auf der Abszisse entspricht dem Jahresbeginn 2023.
- Berechnen Sie in welchem Jahr und in welchem Monat der "GreenPC" auf den Markt gekommen ist und wann er wieder vom Markt verschwindet.
- Das Unternehmen will seine Mitarbeiterzahl um 30% erhöhen, wenn er Umsatz größer als ist. Berechnen Sie, von wann bis wann diese das Unternehmen mehr Mitarbeiter braucht.
- Es ist eine große Herausforderung, alle Filialen rechtzeitig mit genügend Produkten zu versorgen. Die Logistik-Abteilung bittet Sie daher zu berechnen, zu welchem Zeitpunkt der Umsatz am schnellsten wächst. Berechnen Sie auch die Wachstumsrate zu diesem Zeitpunkt.
- Berechnen Sie, nach wie viel Jahren der größte Umsatz erreicht wird und wie hoch der Umsatz zu diesem Zeitpunkt ist.
- Das Folgemodell des "GreenPC" soll in die Entwicklung gehen, wenn der Umsatzes schneller sinkt, als . Berechnen Sie, wann dieser Zeitpunkt erreicht ist.
Zuerst lohnt es sich, den Grafen abzuspeichern und auf dem Taschenrechnerdisplay einmal anzusehen.
1. Mathematischer Ansatz: Hier sind die Nullstellen des Produktlebenszyklus gefragt, also ist zu lösen - CAS-Lösung: speichern Sie die Funktion als u(x) ab (verwenden Sie überall das x an Stelle des t). Dann: solve(u(x)=0) Sie erhalten zwei Lösungen: und . Die erste Nullstelle ist die Markteinführung. Da ist die Nullstelle noch ein Tag im Januar 2023. Nach fast genau Jahren wird das Produkt vom Markt genommen. ist etwas kleiner als 8, daher ist es im Dezember 2031.
2. Berechnen der Zeitpunkte, wann der Umsatz gleich ist.
Mathematischer Ansatz: . CAS-Lösung: solve(u(x)=15) Die zwei Lösungen sind die untere und die obere Grenze des Zeitintervalls: und . Der gesuchte Zeitraum liegt zwischen Ende Dezember 2023 bis Januar 2028.
3. Gefragt ist nach der stärksten Änderung, also nach einer Wendestelle und der dazu gehörenden Steigung: Mathematischer Ansatz: (notwendige Bedingung für Wendestellen). CAS-Lösung: solve(u''(x)=0) . Ergebnis: , und . Für eine stärkste Änderung muss laut hinreichender Bedingung für Wendestellen sein:
( Hier ist ein Tiefpunkt der Steigung), ( Hier ist ein Hochpunkt der Steigung) und ( Hier ist ein Tiefpunkt der Steigung). Weil alle drei Ergebnisse ungleich Null sind, hat diese Funktion 3 Wendestellen. Da nur an der Stelle die dritte Ableitung negativ ist, ist hier die größte Steigung (ein Hochpunkt der Steigung).
Die Änderungsrate ist hier , also
4. Hier ist eine Extremstelle gesucht: Mathematischer Ansatz: (notwendige Bedingung für Extremstellen). CAS-Lösung: solve(u'(x)=0) . Ergebnis: und .
Hinreichende Bedingung: ( Hier ist ein Tiefpunkt) und ( Hier ist ein Hochpunkt). Funktionswert: . Antwort: Der größte Umsatz wird nach ca. 2,8 Jahren erreicht. Er beträgt dann .
Achtung: Der CAS-Taschenrechner HP-Prime ist offenbar nicht ohne weiteres in der Lage, beide Nullstellen auszurechnen. Die Anweisung solve(u'(t)=0) ergibt nur die erste Nullstelle. Durch Ansicht des Funktionsgraphen von kann man das Maximum bei aber klar sehen. Um den Rechner dazu zu bewegen, diesen Wert doch noch zu finden, kann man in der solve-Anweisung einen "Schätzwert" angeben:
solve(u'(t)=0,x,2).
5. Wann ist die Änderung des Umsatzes gleich ?
Mathematischer Ansatz: . CAS-Lösung: solve(u'(x)=-5). Ergebnis: und .
Ab Jahren beginnt der Umsatz stärker zu fallen, als . Der stärkste Rückgang liegt bei der Wendestelle . Das Folgemodell sollte also nach ca. 3,3 Jahren in die Entwicklung gehen.