Ein Smartphone-Akku hat zu Beginn einer Beobachtung noch eine Restladung von \(10\,\%\). Das Gerät wird an ein Schnellladegerät angeschlossen und erreicht nach \(40\,\text{Minuten}\) eine Ladung von \(90\,\%\). Direkt danach wird das Ladekabel entfernt und das Smartphone für \(20\,\text{Minuten}\) für ein Videotelefonat genutzt, wodurch die Ladung auf \(60\,\%\) sinkt.
a) Bestimme für beide Phasen (Laden und Nutzen) die Funktionsgleichungen, die die Ladung \(y\) (in \(\,\%\)) in Abhängigkeit von der Zeit \(x\) (in \(\text{min}\)) beschreiben.
b) Vergleiche die Ladegeschwindigkeit mit der Entladegeschwindigkeit. Um wie viele Prozentpunkte pro Minute unterscheiden sie sich?
c) Wann betrug die Ladung genau \(75\,\%\)?
d) Wenn das Smartphone nach dem Telefonat mit der gleichen Entladegeschwindigkeit weiter genutzt würde, nach wie vielen weiteren Minuten wäre der Akku komplett leer?
Denkanstöße
- Was bedeutet die Steigung in diesem Kontext? Ist sie positiv oder negativ?
- Stelle für die zweite Phase die Geradengleichung sorgfältig auf. Beachte, dass diese Phase erst bei Minute 40 startet.
- Für Teilaufgabe d) kannst du die verbleibende Ladung durch den Verlust pro Minute teilen.
- Überlege genau, was mit „weiteren Minuten“ in Teil d) gemeint ist.
Lösung
1. Punkte definieren: \(A(0 \mid 10)\), \(B(40 \mid 90)\), \(C(60 \mid 60)\).
2. Funktionsgleichungen aufstellen:
- Laden (\(0 \le x \le 40\)): Steigung \(m_1 = \frac{90-10}{40} = 2\). Gleichung: \(y = 2x + 10\).
- Nutzen (\(40 \le x \le 60\)): Steigung \(m_2 = \frac{60-90}{60-40} = -1{,}5\). Gleichung: \(y = 90 - 1{,}5(x - 40)\) bzw. \(y = -1{,}5x + 150\).
3. Vergleich der Geschwindigkeiten: Ladegeschwindigkeit \(2\) Prozentpunkte pro Minute, Entladegeschwindigkeit \(1{,}5\) Prozentpunkte pro Minute. Differenz: \(0{,}5\,\) Prozentpunkte pro Minute.
4. Berechnung für \(y = 75\):
- Laden: \(75 = 2x + 10 \implies 2x = 65 \implies x = 32{,}5\,\text{min}\).
- Nutzen: \(75 = -1{,}5x + 150 \implies 1{,}5x = 75 \implies x = 50\,\text{min}\).
5. Restlaufzeit: Aktuelle Ladung \(60\,\%\), Entladerate \(1{,}5\) Prozentpunkte pro Minute. \(60 : 1{,}5 = 40\). Nach weiteren \(40\,\text{Minuten}\) ist der Akku leer.
Antwort
a) Laden: \(y = 2x + 10\); Nutzen: \(y = -1{,}5x + 150\).
b) Die Ladegeschwindigkeit (\(2\) Prozentpunkte pro Minute) ist um \(0{,}5\) Prozentpunkte pro Minute höher als die Entladegeschwindigkeit (\(1{,}5\) Prozentpunkte pro Minute).
c) Nach \(32{,}5\,\text{Minuten}\) und nach \(50\,\text{Minuten}\).
d) Der Akku wäre nach weiteren \(40\,\text{Minuten}\) leer (also insgesamt \(100\,\text{Minuten}\) nach Beobachtungsbeginn).