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Wie man den Wendepunkt mit maximaler Steigung findet und die ganzrationale Funktion 3. Grades bestimmt

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Jojo

24.5.2023

Mathe

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Wie man den Wendepunkt mit maximaler Steigung findet und die ganzrationale Funktion 3. Grades bestimmt

Die Ganzrationale Funktion 3. Grades ist ein wichtiges mathematisches Konzept, das uns hilft, reale Probleme zu modellieren und zu lösen.

Ein Wendepunkt mit maximaler Steigung tritt dort auf, wo sich die Krümmung einer Funktion ändert und gleichzeitig die Steigung am größten ist. Dies ist besonders bei kubischen Funktionen relevant, da diese genau einen Wendepunkt besitzen. Um diesen zu bestimmen, müssen wir die zweite Ableitung der Funktion gleich Null setzen und prüfen, ob an dieser Stelle tatsächlich ein Vorzeichenwechsel stattfindet.

Bei Extremwertproblemen mit Nebenbedingungen geht es darum, Maxima oder Minima einer Funktion unter bestimmten einschränkenden Bedingungen zu finden. Ein typisches Beispiel ist die Optimierung eines Volumens bei gegebener Oberfläche. Die Lösung erfolgt meist in mehreren Schritten: Zunächst stellen wir die zu optimierende Funktion auf, dann berücksichtigen wir die Nebenbedingungen durch Einsetzen oder mithilfe des Lagrange-Verfahrens. Anschließend bestimmen wir die kritischen Stellen und untersuchen diese auf Extrema.

Die Anwendung dieser Konzepte erfordert ein gutes Verständnis der Differentialrechnung und die Fähigkeit, komplexe Probleme in mathematische Modelle zu übersetzen. Besonders wichtig ist es, die verschiedenen Ableitungsregeln sicher zu beherrschen und die geometrische Bedeutung von Wendepunkten und Extremwerten zu verstehen. In der Praxis helfen diese mathematischen Werkzeuge bei der Lösung von Optimierungsproblemen in verschiedenen Bereichen wie Wirtschaft, Technik und Naturwissenschaften.

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24.5.2023

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Wendepunkte
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hinr Bed: f" (x) #0 oder VZW-Kriterium
wenn f" (x) < 0 ist: Wendepunkit mit max

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Wendepunkte und Extremwerte bei ganzrationalen Funktionen

Bei der Analyse ganzrationaler Funktionen ist das Verständnis von Wendepunkten und deren Steigung fundamental. Ein Wendepunkt liegt vor, wenn die zweite Ableitung f"xx = 0 ist notwendigeBedingungnotwendige Bedingung und zusätzlich ein Vorzeichenwechsel stattfindet hinreichendeBedingunghinreichende Bedingung.

Ein Wendepunkt mit maximaler Steigung tritt auf, wenn f"xx von positiv nach negativ wechselt. Umgekehrt haben wir einen Wendepunkt mit minimaler Steigung, wenn f"xx von negativ nach positiv wechselt.

Definition: Ein Wendepunkt ist ein Punkt, an dem die Krümmung einer Funktion ihr Vorzeichen wechselt. Die Steigung erreicht hier entweder ein Maximum oder Minimum.

Bei der Untersuchung von Extremwertproblemen mit Nebenbedingungen müssen wir systematisch vorgehen. Zunächst wird die Nebenbedingung in die Extremalbedingung eingesetzt, wodurch wir die Zielfunktion erhalten. Diese wird dann auf Extremstellen untersucht.

Beispiel: Betrachten wir fxx = 0,03x³ - 0,918x² + 9x - 25 Die erste Ableitung ist f'xx = 0,09x² - 1,836x + 9 Die zweite Ableitung f"xx = 0,18x - 1,836 Der Wendepunkt liegt bei x = 10,2

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Extremwertbestimmung und Nebenbedingungen

Die Bestimmung von Extremwerten erfordert sowohl die notwendige als auch die hinreichende Bedingung. Die notwendige Bedingung ist f'xx = 0, während die hinreichende Bedingung durch das Vorzeichen der zweiten Ableitung bestimmt wird.

Merke: Bei Extremwertaufgaben mit Nebenbedingungen wird die Nebenbedingung in die Extremalbedingung eingesetzt, um die Zielfunktion zu erhalten.

Für verschiedene geometrische Körper gelten spezifische Formeln:

  • Würfel: V = a³
  • Kugel: V = 4/3πr³
  • Zylinder: V = πr²h
  • Quader: V = a·b·c

Formel: Die Oberflächeninhalte müssen bei der Optimierung oft als Nebenbedingungen berücksichtigt werden.

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Bestimmung ganzrationaler Funktionen

Bei der Bestimmung ganzrationaler Funktionen 3. Grades wird typischerweise die Form fxx = ax³ + bx² + cx + d verwendet. Die Koeffizienten werden durch ein lineares Gleichungssystem ermittelt.

Vorgehen:

  1. Aufstellen des LGS mit gegebenen Bedingungen
  2. Systematisches Lösen nach den Koeffizienten
  3. Überprüfung der hinreichenden Bedingungen

Die Analyse von Extrempunkten erfolgt durch:

  • Bestimmung der ersten Ableitung f'xx
  • Nullstellen der ersten Ableitung finden
  • Überprüfung durch die zweite Ableitung
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Funktionenscharen und Parameterbestimmung

Bei Funktionenscharen untersuchen wir Funktionen der Form f_axx, wobei a der Parameter ist. Die Analyse erfolgt für verschiedene Fälle:

  • a < 0
  • a = 0
  • a > 0

Beispiel: Für f_axx = ax³ - 3ax + 1:

  • Extrema bestimmen durch f_a'xx = 3ax² - 3a = 0
  • Hinreichende Bedingung: f_a"xx = 6ax
  • Fallunterscheidung nach Parameterwerten

Die Untersuchung von Extrempunkten auf der x-Achse erfordert zusätzlich die Bedingung f_axx = 0. Dies führt oft zu Gleichungssystemen, die nach dem Parameter a aufgelöst werden müssen.

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Grundlagen der Integralrechnung und Flächenberechnung

Die Integralrechnung ist ein fundamentales Konzept der höheren Mathematik, das uns erlaubt, Flächeninhalte und Gesamtänderungen zu berechnen. Bei der Berechnung von Flächeninhalten unterscheiden wir zwischen orientierten und nicht-orientierten Flächen.

Definition: Orientierte Flächen sind Flächen, deren Vorzeichen von ihrer Position zur x-Achse abhängt. Flächen über der x-Achse sind positiv, Flächen unter der x-Achse negativ.

Bei der Berechnung von Flächeninhalten zwischen Funktionsgraphen müssen wir zunächst die Schnittpunkte der Funktionen bestimmen. Der Flächeninhalt ergibt sich dann aus dem bestimmten Integral der Differenzfunktion im entsprechenden Intervall.

Beispiel: Um den Flächeninhalt zwischen zwei Funktionen fxx und gxx zu berechnen, verwenden wir die Formel: A = ∫f(x)g(x)f(x) - g(x)dx

Die Berechnung erfolgt durch:

  1. Bestimmung der Schnittpunkte
  2. Aufstellen der Differenzfunktion
  3. Integration im relevanten Intervall
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Ober- und Untersummen in der Integralrechnung

Die Annäherung von Flächeninhalten erfolgt durch Ober- und Untersummen. Diese Methode ist besonders wichtig für das Verständnis des bestimmten Integrals.

Merke: Die Obersumme überschätzt den tatsächlichen Flächeninhalt, während die Untersumme ihn unterschätzt. Der wahre Flächeninhalt liegt zwischen diesen beiden Werten.

Bei einer Funktion fxx = x³ beispielsweise werden die Ober- und Untersummen durch Rechtecke angenähert. Je mehr Rechtecke verwendet werden, desto genauer wird die Approximation.

Der Grenzwert der Ober- und Untersummen für n→∞ ergibt den exakten Flächeninhalt: limnn→∞ On = limnn→∞ Un = ∫fxxdx

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Uneigentliche Integrale und Rotationskörper

Uneigentliche Integrale treten auf, wenn wir Flächen mit unendlicher Ausdehnung oder Funktionen mit Unstetigkeitsstellen betrachten.

Definition: Ein uneigentliches Integral ist ein Integral mit mindestens einer unendlichen Integrationsgrenze oder einer Unstetigkeit im Integrationsintervall.

Bei Rotationskörpern rotiert eine Fläche um eine Achse. Das Volumen eines Rotationskörpers, der durch Rotation einer Funktion fxx um die x-Achse entsteht, berechnet sich durch: V = π∫f(x)f(x)²dx

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Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung

Der Hauptsatz verknüpft Differentiation und Integration als inverse Operationen. Er ist fundamental für die praktische Anwendung der Integralrechnung.

Highlight: Der Hauptsatz besagt: ∫fxxdx = Fbb - Faa, wobei F eine Stammfunktion von f ist.

Wichtige Stammfunktionen sind:

  • Für fxx = x² ist Fxx = ⅓x³
  • Für fxx = sinxx ist Fxx = -cosxx
  • Für fxx = cosxx ist Fxx = sinxx

Die Integralfunktion Jxx = ∫fttdt beschreibt den Flächeninhalt als Funktion der oberen Grenze bei fester unterer Grenze.

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Ortskurven und Funktionsscharen in der Analysis

Die Analyse von Funktionsscharen und deren charakteristischen Punkten ist ein fundamentales Konzept der höheren Mathematik. Bei der Untersuchung von Ganzrationale Funktion 3. Grades bestimmen spielen Ortskurven eine zentrale Rolle.

Definition: Eine Funktionsschar ist eine Familie von Funktionen, die durch einen Parameter t beschrieben wird. Die Ortskurve beschreibt dabei den geometrischen Ort aller charakteristischen Punkte.

Betrachten wir zunächst die Funktionsschar ftxx = tx² + t²x mit t > 0. Um die charakteristischen Punkte zu bestimmen, müssen wir die notwendige Bedingung ft'xx = 2tx + t² = 0 untersuchen. Durch Umformen erhalten wir x = -t/2, was uns die x-Koordinate der Extrempunkte in Abhängigkeit vom Parameter t liefert.

Beispiel: Setzen wir t = -2x in die ursprüngliche Funktion ein, erhalten wir die Ortskurve y = -4x³. Diese beschreibt den geometrischen Ort aller Extrempunkte der Funktionsschar.

Bei der Untersuchung von Funktionsscharen ist es oft hilfreich, zwei beliebige Funktionen der Schar gleichzusetzen, um gemeinsame Punkte zu finden. Dies führt uns zum Wendepunkt mit maximaler Steigung Beispiel, wo wir durch geschicktes Umformen die x-Koordinaten der Schnittpunkte bestimmen können.

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Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

 

Mathe

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24. Mai 2023

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Wie man den Wendepunkt mit maximaler Steigung findet und die ganzrationale Funktion 3. Grades bestimmt

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Jojo

@.jojo.

Die Ganzrationale Funktion 3. Grades ist ein wichtiges mathematisches Konzept, das uns hilft, reale Probleme zu modellieren und zu lösen.

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Wendepunkte und Extremwerte bei ganzrationalen Funktionen

Bei der Analyse ganzrationaler Funktionen ist das Verständnis von Wendepunkten und deren Steigung fundamental. Ein Wendepunkt liegt vor, wenn die zweite Ableitung f"xx = 0 ist notwendigeBedingungnotwendige Bedingung und zusätzlich ein Vorzeichenwechsel stattfindet hinreichendeBedingunghinreichende Bedingung.

Ein Wendepunkt mit maximaler Steigung tritt auf, wenn f"xx von positiv nach negativ wechselt. Umgekehrt haben wir einen Wendepunkt mit minimaler Steigung, wenn f"xx von negativ nach positiv wechselt.

Definition: Ein Wendepunkt ist ein Punkt, an dem die Krümmung einer Funktion ihr Vorzeichen wechselt. Die Steigung erreicht hier entweder ein Maximum oder Minimum.

Bei der Untersuchung von Extremwertproblemen mit Nebenbedingungen müssen wir systematisch vorgehen. Zunächst wird die Nebenbedingung in die Extremalbedingung eingesetzt, wodurch wir die Zielfunktion erhalten. Diese wird dann auf Extremstellen untersucht.

Beispiel: Betrachten wir fxx = 0,03x³ - 0,918x² + 9x - 25 Die erste Ableitung ist f'xx = 0,09x² - 1,836x + 9 Die zweite Ableitung f"xx = 0,18x - 1,836 Der Wendepunkt liegt bei x = 10,2

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Extremwertbestimmung und Nebenbedingungen

Die Bestimmung von Extremwerten erfordert sowohl die notwendige als auch die hinreichende Bedingung. Die notwendige Bedingung ist f'xx = 0, während die hinreichende Bedingung durch das Vorzeichen der zweiten Ableitung bestimmt wird.

Merke: Bei Extremwertaufgaben mit Nebenbedingungen wird die Nebenbedingung in die Extremalbedingung eingesetzt, um die Zielfunktion zu erhalten.

Für verschiedene geometrische Körper gelten spezifische Formeln:

  • Würfel: V = a³
  • Kugel: V = 4/3πr³
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Formel: Die Oberflächeninhalte müssen bei der Optimierung oft als Nebenbedingungen berücksichtigt werden.

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Bestimmung ganzrationaler Funktionen

Bei der Bestimmung ganzrationaler Funktionen 3. Grades wird typischerweise die Form fxx = ax³ + bx² + cx + d verwendet. Die Koeffizienten werden durch ein lineares Gleichungssystem ermittelt.

Vorgehen:

  1. Aufstellen des LGS mit gegebenen Bedingungen
  2. Systematisches Lösen nach den Koeffizienten
  3. Überprüfung der hinreichenden Bedingungen

Die Analyse von Extrempunkten erfolgt durch:

  • Bestimmung der ersten Ableitung f'xx
  • Nullstellen der ersten Ableitung finden
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Funktionenscharen und Parameterbestimmung

Bei Funktionenscharen untersuchen wir Funktionen der Form f_axx, wobei a der Parameter ist. Die Analyse erfolgt für verschiedene Fälle:

  • a < 0
  • a = 0
  • a > 0

Beispiel: Für f_axx = ax³ - 3ax + 1:

  • Extrema bestimmen durch f_a'xx = 3ax² - 3a = 0
  • Hinreichende Bedingung: f_a"xx = 6ax
  • Fallunterscheidung nach Parameterwerten

Die Untersuchung von Extrempunkten auf der x-Achse erfordert zusätzlich die Bedingung f_axx = 0. Dies führt oft zu Gleichungssystemen, die nach dem Parameter a aufgelöst werden müssen.

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Grundlagen der Integralrechnung und Flächenberechnung

Die Integralrechnung ist ein fundamentales Konzept der höheren Mathematik, das uns erlaubt, Flächeninhalte und Gesamtänderungen zu berechnen. Bei der Berechnung von Flächeninhalten unterscheiden wir zwischen orientierten und nicht-orientierten Flächen.

Definition: Orientierte Flächen sind Flächen, deren Vorzeichen von ihrer Position zur x-Achse abhängt. Flächen über der x-Achse sind positiv, Flächen unter der x-Achse negativ.

Bei der Berechnung von Flächeninhalten zwischen Funktionsgraphen müssen wir zunächst die Schnittpunkte der Funktionen bestimmen. Der Flächeninhalt ergibt sich dann aus dem bestimmten Integral der Differenzfunktion im entsprechenden Intervall.

Beispiel: Um den Flächeninhalt zwischen zwei Funktionen fxx und gxx zu berechnen, verwenden wir die Formel: A = ∫f(x)g(x)f(x) - g(x)dx

Die Berechnung erfolgt durch:

  1. Bestimmung der Schnittpunkte
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Ober- und Untersummen in der Integralrechnung

Die Annäherung von Flächeninhalten erfolgt durch Ober- und Untersummen. Diese Methode ist besonders wichtig für das Verständnis des bestimmten Integrals.

Merke: Die Obersumme überschätzt den tatsächlichen Flächeninhalt, während die Untersumme ihn unterschätzt. Der wahre Flächeninhalt liegt zwischen diesen beiden Werten.

Bei einer Funktion fxx = x³ beispielsweise werden die Ober- und Untersummen durch Rechtecke angenähert. Je mehr Rechtecke verwendet werden, desto genauer wird die Approximation.

Der Grenzwert der Ober- und Untersummen für n→∞ ergibt den exakten Flächeninhalt: limnn→∞ On = limnn→∞ Un = ∫fxxdx

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Uneigentliche Integrale und Rotationskörper

Uneigentliche Integrale treten auf, wenn wir Flächen mit unendlicher Ausdehnung oder Funktionen mit Unstetigkeitsstellen betrachten.

Definition: Ein uneigentliches Integral ist ein Integral mit mindestens einer unendlichen Integrationsgrenze oder einer Unstetigkeit im Integrationsintervall.

Bei Rotationskörpern rotiert eine Fläche um eine Achse. Das Volumen eines Rotationskörpers, der durch Rotation einer Funktion fxx um die x-Achse entsteht, berechnet sich durch: V = π∫f(x)f(x)²dx

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Der Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung

Der Hauptsatz verknüpft Differentiation und Integration als inverse Operationen. Er ist fundamental für die praktische Anwendung der Integralrechnung.

Highlight: Der Hauptsatz besagt: ∫fxxdx = Fbb - Faa, wobei F eine Stammfunktion von f ist.

Wichtige Stammfunktionen sind:

  • Für fxx = x² ist Fxx = ⅓x³
  • Für fxx = sinxx ist Fxx = -cosxx
  • Für fxx = cosxx ist Fxx = sinxx

Die Integralfunktion Jxx = ∫fttdt beschreibt den Flächeninhalt als Funktion der oberen Grenze bei fester unterer Grenze.

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Ortskurven und Funktionsscharen in der Analysis

Die Analyse von Funktionsscharen und deren charakteristischen Punkten ist ein fundamentales Konzept der höheren Mathematik. Bei der Untersuchung von Ganzrationale Funktion 3. Grades bestimmen spielen Ortskurven eine zentrale Rolle.

Definition: Eine Funktionsschar ist eine Familie von Funktionen, die durch einen Parameter t beschrieben wird. Die Ortskurve beschreibt dabei den geometrischen Ort aller charakteristischen Punkte.

Betrachten wir zunächst die Funktionsschar ftxx = tx² + t²x mit t > 0. Um die charakteristischen Punkte zu bestimmen, müssen wir die notwendige Bedingung ft'xx = 2tx + t² = 0 untersuchen. Durch Umformen erhalten wir x = -t/2, was uns die x-Koordinate der Extrempunkte in Abhängigkeit vom Parameter t liefert.

Beispiel: Setzen wir t = -2x in die ursprüngliche Funktion ein, erhalten wir die Ortskurve y = -4x³. Diese beschreibt den geometrischen Ort aller Extrempunkte der Funktionsschar.

Bei der Untersuchung von Funktionsscharen ist es oft hilfreich, zwei beliebige Funktionen der Schar gleichzusetzen, um gemeinsame Punkte zu finden. Dies führt uns zum Wendepunkt mit maximaler Steigung Beispiel, wo wir durch geschicktes Umformen die x-Koordinaten der Schnittpunkte bestimmen können.

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Extremwertprobleme und Schnittpunktanalyse

Die Analyse von Extremwertprobleme mit Nebenbedingungen lösen erfordert ein systematisches Vorgehen. Bei Funktionsscharen der Form faxx = x³ - ax² - x + a müssen wir zunächst die gemeinsamen Punkte aller Funktionsgraphen identifizieren.

Merke: Bei der Gleichsetzung zweier Funktionen fa₁xx = fa₂xx können wir durch geschicktes Umformen oft auf quadratische Gleichungen kommen, die uns die x-Koordinaten der Schnittpunkte liefern.

Die Bestimmung der Hochpunkte erfolgt durch die Analyse der ersten Ableitung und der zugehörigen y-Koordinaten. Dabei ergeben sich häufig symmetrische Punktepaare wie S₁1,0-1,0 und S₂1,01,0, die für die geometrische Interpretation der Funktionsschar von Bedeutung sind.

Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Untersuchung der Schnittpunkte verschiedener Funktionen der Schar. Durch das Gleichsetzen und anschließende Umformen bis auf eine Variable x können wir die gemeinsamen Punkte aller Funktionen der Schar bestimmen. Dies führt oft zu der Erkenntnis, dass jede Wurzel zwei Lösungen besitzt, was geometrisch interpretiert werden kann.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

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Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

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Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

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Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

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Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

iOS user