Mathematik-Matura Mai 2017 · HTL Cluster T2 – Lösungen

BHS
10. Mai 2017
Angewandte Mathematik
Teil A + Teil B (Cluster 2)
Korrekturheft
Standardisierte kompetenzorientierte
schriftliche Reife- und Diplomprüfung

2
Korrektur- und Beurteilungsanleitung
zur standardisierten schriftlichen Reife- und Diplomprüfung
in Angewandter Mathematik
(Detaillierte Informationen dazu finden Sie für den BHS-Bereich im entsprechenden Erlass zur Beurteilung, der auf der Website https://ablauf.srdp.at/ abrufbar ist.)
Kompetenzbereiche
Im Beurteilungsmodell für die Angewandte Mathematik wird zwischen zwei Kompetenzbereichen
unterschieden:
n Kompetenzbereich A ( KA ) umfasst die unabhängig
1
erreichbaren Punkte der Komplexitätsstufen 1 und 2 aus dem Kompetenzstufenraster.
n Kompetenzbereich B ( KB ) umfasst die abhängig erreichbaren Punkte und die Punkte der
Komplexitätsstufen 3 und 4 aus dem Kompetenzstufenraster.
Die Summe der unabhängig erreichbaren Punkte aus den Komplexitätsstufen 1 und 2 ( KA ) stellt die
„wesentlichen Bereiche“ eines Klausurheftes dar.
Beurteilung
Als Hilfsmittel für die Beurteilung wird ein auf ein Punktesystem basierender Beurteilungsschlüssel angegeben. Je nach gewichteter Schwierigkeit der vergebenen Punkte in den „wesentlichen
Bereichen“ wird festgelegt, ab wann die „wesentlichen Bereiche überwiegend“ (Genügend) erfüllt
sind, d. h., gemäß einem Punkteschema müssen Punkte aus dem Kompetenzbereich A unter Einbeziehung von Punkten aus dem Kompetenzbereich B in ausreichender Anzahl abhängig von der
Zusammenstellung der Klausurhefte gelöst werden. Darauf aufbauend wird die für die übrigen Notenstufen zu erreichende Punktezahl festgelegt.
Nach der Punkteermittlung soll die Arbeit der Kandidatin / des Kandidaten nochmals ganzheitlich
qualitativ betrachtet werden. Unter Zuhilfenahme des Punkteschemas und der ganzheitlichen Betrachtung ist von der Prüferin / vom Prüfer ein verbal begründeter Beurteilungsvorschlag zu erstellen,
wobei die Ergebnisse der Kompetenzbereiche A und B in der Argumentation zu verwenden sind.
Beurteilungsschlüssel für die vorliegende Klausur:
44–49 Punkte Sehr gut
38–43 Punkte Gut
32–37 Punkte Befriedigend
23–31 Punkte Genügend
0–22 Punkte Nicht genügend
1
Unabhängige Punkte sind solche, für die keine mathematische Vorleistung erbracht werden muss. Als mathematische Vorleistung gilt z. B. das Aufstellen einer Gleichung (unabhängiger Punkt) mit anschließender Berechnung (abhängiger Punkt).

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Handreichung zur Korrektur
der standardisierten schriftlichen Reife- und Diplomprüfung
in Angewandter Mathematik
1. In der Lösungserwartung ist nur ein möglicher Lösungsweg angegeben. Andere richtige Lösungswege sind als gleichwertig anzusehen.
2. Der Lösungsschlüssel ist unter Beachtung folgender Vorgangsweisen verbindlich anzuwenden:
a. Punkte sind nur zu vergeben, wenn die abgefragte Handlungskompetenz in der Bearbeitung vollständig erfüllt ist.
b. Berechnungen ohne nachvollziehbaren Rechenansatz bzw. ohne nachvollziehbare Dokumentation des Technologieeinsatzes (verwendete Ausgangsparameter und die verwendete
Technologiefunktion müssen angegeben sein) sind mit null Punkten zu bewerten.
c. Werden zu einer Teilaufgabe mehrere Lösungen bzw. Lösungswege von der Kandidatin / vom
Kandidaten angeboten und nicht alle diese Lösungen bzw. Lösungswege sind korrekt, so
ist diese Teilaufgabe mit null Punkten zu bewerten.
d. Bei abhängiger Punktevergabe gilt das Prinzip des Folgefehlers. Das heißt zum Beispiel :
Wird von der Kandidatin / vom Kandidaten zu einem Kontext ein falsches Modell aufgestellt,
mit diesem Modell aber eine richtige Berechnung durchgeführt, so ist der Berechnungspunkt zu vergeben, wenn das falsch aufgestellte Modell die Berechnung nicht vereinfacht.
e. Werden von der Kandidatin / vom Kandidaten kombinierte Handlungsanweisungen in einem
Lösungsschritt erbracht, so sind alle Punkte zu vergeben, auch wenn der Lösungsschlüssel
Einzelschritte vorgibt.
f. Abschreibfehler, die aufgrund der Dokumentation der Kandidatin / des Kandidaten als solche
identifizierbar sind, sind ohne Punkteabzug zu bewerten, wenn sie zu keiner Vereinfachung
der Aufgabenstellung führen.
g. Rundungsfehler können vernachlässigt werden, wenn die Rundung nicht explizit eingefordert ist.
h. Jedes Diagramm bzw. jede Skizze, die Lösung einer Handlungsanweisung ist, muss eine
qualitative Achsenbeschriftung enthalten, andernfalls ist dies mit null Punkten zu bewerten.
i. Die Angabe von Einheiten kann bei der Punktevergabe vernachlässigt werden, sofern sie im
Lösungsschlüssel nicht explizit eingefordert wird.

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Aufgabe 1
Vergnügungspark
Möglicher Lösungsweg
a)
0,4 0,6
Besucher aus
dem Ausland
Besucher aus
dem Inland
PKW öff. Verkehrsmittel PKW öff. Verkehrsmittel
0,55 0,45 0,9 0,1
b) Die Behauptung von Andreas ist falsch, weil nicht sicher ist, dass dieselbe Familie die maximalen Beträge von 80 Euro für Attraktionen und von 40 Euro für Essen und Getränke ausgibt.
c)
Genau 3 der 10 Personen nutzen die Attraktion.
Lösungsschlüssel
a) 1 × A: für das richtige Vervollständigen des Baumdiagramms (KA)
b) 1 × D: für die richtige Argumentation (KA)
c) 1 × C: für das richtige Ankreuzen (KA)

5
Aufgabe 2
Fußballspielen im Park
Möglicher Lösungsweg
a) 0 = –0,003 · x
3
+ 0,057 · x
2
0 = x
2
· (–0,003 · x + 0,057) ⇒ x
1
= 0
–0,003 · x + 0,057 = 0 ⇒ x
2
= 19
D = [0; 19]
h ′ ( x ) = 0
x · (−0,009 · x + 0,114) = 0 ⇒ x
1
= 0
–0,009 · x + 0,114 = 0 ⇒ x
2
= 12,66... ≈ 12,7
h ( x
2
) = 3,04… ≈ 3,0
In einer horizontalen Entfernung von rund 12,7 m zur Abschussstelle erreicht der Ball seine
größte Höhe von rund 3,0 m.
Der Nachweis, dass es sich bei der Extremstelle um eine Maximumstelle handelt, und eine
Überprüfung der Ränder des Definitionsbereichs sind nicht erforderlich.
b) 1,80 = –0,003 · x
3
+ 0,057 · x
2
Lösung mittels Technologieeinsatz:
( x
1
= –5)
x
2
= 7,10… ≈ 7,1
x
3
= 16,89… ≈ 16,9
Julia kann sich in einer Entfernung von etwa 7,1 m oder von etwa 16,9 m von der Abschussstelle befinden.
c) h (10) = 2,7
Da h (10) kleiner als 2,8 m ist, kann der Ball nicht über das Klettergerüst fliegen.
Lösungsschlüssel
a) 1 × A: für das richtige Ermitteln des Definitionsbereichs (Die untere Grenze des Definitionsbereichs x
1
= 0 muss nicht explizit angegeben sein.) (KA)
1 × B: für die richtige Berechnung des höchsten Punktes (beide Koordinaten)
(Der Nachweis, dass es sich bei der Extremstelle um eine Maximumstelle handelt, und
eine Überprüfung der Ränder des Definitionsbereichs sind nicht erforderlich.) (KB)
b) 1 × B: für das richtige Ermitteln der beiden horizontalen Entfernungen von der Abschussstelle (KA)
c) 1 × D: für die richtige nachweisliche Überprüfung (KA)

6
Aufgabe 3
Medikamentenabbau
Möglicher Lösungsweg
a) Es liegt nahe, für die Beschreibung des Medikamentenabbaus ein exponentielles Modell zu
wählen, weil sich die Menge in gleichen Zeitabständen (von 2 h) jeweils um den gleichen Faktor (0,6) verkleinert.
N ( t ) = 100 · ℯ
k · t
60 = 100 · ℯ
k · 2
k =
ln(0,6)
2
= – 0,25541... ≈ –0,2554
N ( t ) = 100 · ℯ
–0,2554 · t
t ... Zeit in h
N ( t ) ... vorhandene Menge des Medikaments im Körper zur Zeit t in mg
N (3) = 46,4...
Zur Zeit t = 3 h sind rund 46 mg des Medikaments im Körper vorhanden.
b)
80
70
60
50
40
30
20
10
0 2 1 3 4 5 6
0
t in h
N
N ( t ) in mg

7
c)
Nach einer Zeitdauer von 2 · T
1/2
sind 75 % der
Ausgangsmenge abgebaut.
d) 200 · 0,15 = 200 · ℯ
– 0,3 · t
t =
ln(0,15)
–0,3
= 6,32...
Nach rund 6,3 Stunden muss das Medikament wieder verabreicht werden.
Lösungsschlüssel
a) 1 × D: für die richtige Erklärung (KA)
1 × A: für das richtige Erstellen einer Gleichung der Exponentialfunktion (KB)
1 × B: für die richtige Berechnung der Menge zur Zeit t = 3 h (KB)
b) 1 × A: für das richtige Einzeichnen des Graphen im gegebenen Intervall (Dabei müssen die
Funktionswerte nach 1, 2, 3 und 4 Halbwertszeiten richtig eingezeichnet sein.) (KA)
c) 1 × C: für das richtige Ankreuzen (KB)
d) 1 × B: für die richtige Berechnung des Zeitpunkts (KA)

8
Aufgabe 4
Rohmilchproduktion
Möglicher Lösungsweg
a) Aufgrund der konstanten absoluten Zunahme handelt es sich um eine lineare Funktion.
k =
3,393 – 2,948
18
= 0,02472... ≈ 0,0247
f ( t ) = 0,0247 · t + 2,948
t ... Zeit in Jahren seit 1995
f ( t ) ... jährliche Rohmilchproduktion zur Zeit t in Millionen Tonnen
f (22) = 3,4918...
Gemäß diesem Modell beträgt die voraussichtliche jährliche Rohmilchproduktion im Jahr 2017
in Österreich rund 3,492 Millionen Tonnen.
b)
8 701 – 3 429
3 429
= 1,53747... ≈ 153,75 %
In Dänemark war die durchschnittliche Jahresmilchleistung pro Kuh im Jahr 2012 um
rund 153,75 % höher als in Rumänien.
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
8 000
9 000
10 000
Dänemark Italien Österreich Rumänien Slowakei Tschechien Ungarn Deutschland durchschnittliche Jahresmilchleistung pro Kuh in kg
Toleranzbereich: Höhe der Säule klar erkennbar größer als 7 500 kg und kleiner als 8 000 kg
eingezeichnet
c) Aus der Angabe der konstanten Verdoppelungszeit geht hervor, dass es sich um exponentielles Wachstum handelt, nicht um lineares. Deshalb ist N nicht zur Beschreibung geeignet.
oder:
rechnerische Überprüfung: z. B. N (50) = 60 000 ≠ 20 000 · 4

9
Lösungsschlüssel
a) 1 × A: für das richtige Erstellen einer Gleichung der Funktion f (KA)
1 × B: für die richtige Berechnung der jährlichen Rohmilchproduktion im Jahr 2017 (KB)
b) 1 × B: für das richtige Ermitteln des Prozentsatzes (KA)
1 × A: für das richtige Einzeichnen der fehlenden Säule (Höhe der Säule klar erkennbar größer
als 7 500 kg und kleiner als 8 000 kg eingezeichnet) (KA)
c) 1 × D: für die richtige Argumentation (KA)

10
Aufgabe 5
Der Bodensee
Möglicher Lösungsweg
a) b = π · r ·
φ
180°
φ =
66 · 180°
6 371 · π
= 0,593...° ≈ 0,59°
Auch eine Berechnung des Winkels im Bogenmaß ist als richtig zu werten.
cos( φ ) =
6 371
6 371 + h
⇒ h =
6 371
cos( φ )
– 6 371 = 0,3418... ≈ 0,342
Die Höhe, auf der sich ein Beobachter befinden müsste, beträgt rund 342 Meter.
b)
60 – 81
18 – 12
= –3,5
Die mittlere Änderungsrate im gegebenen Intervall beträgt rund –3,5 μg pro Liter pro Jahr.
Toleranzintervall: [–4; –3,3]
Dazu ermittelt man die Nullstelle der 2. Ableitung der Funktion f im dargestellten Intervall.
In der Grafik ist klar zu erkennen, dass f im dargestellten Intervall nur eine Wendestelle hat und
dass an dieser Stelle die Abnahme am stärksten ist. Daher sind eine Überprüfung mithilfe der
1. Ableitung und eine Überprüfung der Randstellen nicht erforderlich.
c)
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
60
40
20
S
0
Zeit nach Sabines Start in h
Entfernung von Bregenz in km
J
Johanna ist 1,8 h unterwegs, bis sie Sabine einholt.
Toleranzintervall: [1,6; 2,1]
Es wird die Länge desjenigen Weges (Entfernung von Bregenz) in Kilometern berechnet, den
Otto in den ersten 2 Stunden zurückgelegt hat.

11
Lösungsschlüssel
a) 1 × B1: für die richtige Berechnung des Winkels φ (KA)
Auch eine Berechnung des Winkels im Bogenmaß ist als richtig zu werten.
1 × B2: für die richtige Berechnung der Höhe h (KB)
b) 1 × B: für das richtige Ermitteln der mittleren Änderungsrate im Toleranzbereich [–4; –3,3] (KA)
1 × C: für die richtige Dokumentation in Worten (In der Grafik ist klar zu erkennen, dass f im
dargestellten Intervall nur eine Wendestelle hat und dass an dieser Stelle die Abnahme
am stärksten ist. Daher sind eine Überprüfung mithilfe der 1. Ableitung und eine Überprüfung der Randstellen nicht erforderlich.) (KA)
c) 1 × A: für das richtige Einzeichnen des Graphen (KA)
1 × C1: für das richtige Ablesen der Fahrtdauer im Toleranzbereich [1,6; 2,1] (KB)
1 × C2: für die richtige Beschreibung im gegebenen Sachzusammenhang mit Angabe der
entsprechenden Einheit (KB)

12
Aufgabe 6 (Teil B)
Leistungsdiagnostik im Sport
Möglicher Lösungsweg
a) Eine Tangentensteigung von 45° entspricht f ′ ( x ) = 1.
0,013369 · ℯ
0,29 · x
= 1
Berechnung mittels Technologieeinsatz:
x = 14,878... ≈ 14,88
f (14,878...) = 4,348...
Die anaerobe Schwelle dieses Sportlers liegt bei rund 4,35 mmol/L.
b) Bestimmen der Gleichung der linearen Ausgleichsfunktion mittels Technologieeinsatz:
f ( x ) = 16,36 · x – 37,68 (Koeffizienten gerundet)
x ... Laufgeschwindigkeit in km/h
f ( x ) ... Herzschlagfrequenz bei der Laufgeschwindigkeit x in min
–1
c) D = ( t
2
– t
1
) · s
Arbeit
– ∫
t 2
t 1
s ( t ) d t
oder:
D = ∫
t 2
t 1
[ s
Arbeit
– s ( t )] d t
Die Einheit von D lautet:
L
min
· min = L
d)
d y
y – 0,3
= –1,386 d t
(
oder:
y ′
y – 0,3
= –1,386
)
∫
d y
y – 0,3
=
∫
–1,386 d t
(
oder:
∫
y ′ ( t )
y ( t ) – 0,3
d t =
∫
–1,386 d t
)
ln | y ( t ) – 0,3 | = –1,386 · t + C
1
y ( t ) = C
2
· ℯ
–1,386 · t
+ 0,3
Lösungsschlüssel
a) 1 × B: für das richtige Bestimmen der anaeroben Schwelle (KA)
b) 1 × B: für das richtige Bestimmen der Gleichung der linearen Ausgleichsfunktion (KA)
c) 1 × A: für das richtige Aufstellen der Formel zur Berechnung von D (KA)
1 × C: für das richtige Angeben der Einheit von D (KB)
d) 1 × B: für das richtige Lösen der Differenzialgleichung (KA)

13
Aufgabe 7 (Teil B)
Dreieckspannung
Möglicher Lösungsweg
a)
–
10
π
· t + 5 für 0 ≤ t <
π
2
u ( t ) =
{
0 für
π
2
≤ t <
3π
2
10
π
· t – 15 für
3π
2
≤ t < 2π
u
eff
2
=
1
2π
·
[ ∫
0
π
2
(
–
10
π
· t + 5
)
2
d t + ∫
3π
2
π
2
0
2
d t + 3π
2
∫
2π
(
10
π
· t – 15
)
2
d t
]
Berechnung mittels Technologieeinsatz:
u
eff
=
5

6
V ≈ 2,04 V
t in s
O
2
π
10
π
10
π
π 2π
in V/s
d u
d t
π
2
3π
2
–
Die Ableitungsfunktion
d u
d t
ist an den Sprungstellen nicht definiert. Es ist nicht gefordert,
diese Definitionslücken zu berücksichtigen.
b) Da der dargestellte Spannungsverlauf symmetrisch bezüglich der senkrechten Achse ist, handelt es sich um eine gerade Funktion. Daher sind die Fourier-Koeffizienten der Sinusschwingungen null.
u =
1
2π
· 5 ·
π
2
V = 1,25 V
c) û = 6 V
Lösungsschlüssel
a) 1 × A1: für das richtige Erstellen der Funktionsgleichung im Intervall 0 ≤ t <
π
2
(KA)
1 × A2: für das richtige Erstellen der Funktionsgleichung im Intervall
3π
2
≤ t < 2π (KB)
1 × B: für die richtige Berechnung des Effektivwerts (KB)
1 × A3: für das richtige Veranschaulichen der Ableitungsfunktion (Es ist nicht gefordert, die
Definitionslücken zu berücksichtigen.) (KB)
b) 1 × D: für die richtige Argumentation (KA)
1 × B: für das richtige Ermitteln des Gleichanteils (KA)
c) 1 × A: für das richtige Bestimmen von û (KA)

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Aufgabe 8 (Teil B)
Prismen und Linsen
Möglicher Lösungsweg
a)
0,05 m
205 337 300 m/s
= 2,43... · 10
–10
s ≈ 2,4 · 10
–10
s
b) z =
0,5
tan(40°)
= 0,595...
δ = 180° − 2 · γ = 44°
ε = 180° − β − δ = 96°
y =
0,55 · sin(96°)
sin(40°)
= 0,850...
a
z y
x
β β
γ
γ
δ
ε
x + y + z = 1,996...
Die Länge des Strahlengangs beträgt rund 2,00 cm.
c)
Wenn g = 2 · f gilt, dann ist B = G .
d) Berechnung des Intervalls mittels Technologieeinsatz:
P ( μ – a < X < μ + a ) = 0,90 ⇒ [11,901; 12,099]
Berechnung mittels Technologieeinsatz:
P (11,960 < X < 12,040) = 0,495... ≈ 50 %
Lösungsschlüssel
a) 1 × B: für die richtige Berechnung der Zeitdauer in Sekunden (KA)
b) 1 × A1: für die richtige Modellierung am rechtwinkeligen Dreieck zur Berechnung von z (KA)
1 × A2: für die richtige Modellierung am schiefwinkeligen Dreieck zur Berechnung von y (KA)
1 × B: für die richtige Berechnung der Länge des Strahlengangs (KB)
c) 1 × C: für das richtige Ankreuzen (KB)
d) 1 × B1: für die richtige Berechnung des symmetrischen Intervalls (KA)
1 × B2: für die richtige Berechnung der Wahrscheinlichkeit (KB)

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Aufgabe 9 (Teil B)
Sinkende Kugeln
Möglicher Lösungsweg
a) Für größer werdendes t wird ℯ
–
t
τ
immer kleiner und damit ( 1 – ℯ
–
t
τ
) immer größer.
b) v
2
( t ) = g · 0,8 · ( 1 – ℯ
–
t – 1
0,8
)
An der Stelle t
0
ist die Steigung der Funktion v
2
größer als die Steigung der Funktion v
1
.
c) s (1) =
∫
1
0
g · 0,25 · ( 1 – ℯ
–
t
0,25
) d t = 1,8506...
In der ersten Sekunde legt die Kugel rund 1,85 m zurück.
s ( t
1
) = 8
∫
t 1
0
g · 0,25 · ( 1 – ℯ
–
t
0,25
) d t = 8
Lösung mittels Technologieeinsatz:
t
1
= 3,51...
( t
2
= –0,70...)
Die Kugel benötigt rund 3,5 Sekunden, um diesen Weg zurückzulegen.
Lösungsschlüssel
a) 1 × D: für die richtige Begründung (KB)
b) 1 × A: für das richtige Erstellen einer Gleichung der Funktion v
2
(KA)
1 × C: für die richtige Beschreibung (KA)
c) 1 × B1: für die richtige Berechnung desjenigen Weges, den die Kugel in der ersten Sekunde
zurücklegt (KA)
1 × B2: für das richtige Bestimmen der Zeit t
1
(KB)