Das waren dem Weihnachtsmann dann doch zu viele Möglichkeiten. Stattdessen möchte er lieber jedes Geschenkpapier auf jeder Box wiederfinden, wobei es dann nur \(\frac{6!}{24}=30\) verschiedene Boxen bis auf Drehsymmetrien gibt. Mit seiner Routenplanung kommt er noch nicht so recht voran, aber heute kümmerst du dich um ein eigenes Problem: ein gutes Geschenk für die Wichtel soll her.
Am besten findest du den Plan, ihnen einen Tannenbaum aus Schokolade zu gießen. Du hast dir bereits eine Form ausgedacht, die der Baum haben soll. Das Bild der folgenden Funktion stellt dabei den äußeren Umriss dar: \[f: [0,1] \times [0,2\pi) \to \mathbb{R}^3; (p,x) \mapsto p\cdot (10 + 3 \sin(10x)) \begin{pmatrix} \sin(x) \\ \cos(x) \\ 0 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 30(1-p) \end{pmatrix}\] Und das Bild der zweiten Funktion den Umriss des inneren Hohlraums: \[g: [0,1] \times [0,2\pi) \to \mathbb{R}^3; (p,x) \mapsto p\cdot 8(1+0.35 \sin(10x)) \begin{pmatrix} \sin(x) \\ \cos(x) \\ 0 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 29(1-p) \end{pmatrix}\] Die \(xy\)-Ebene schließt den Tannenbaum ab und die Koordinaten der Funktionswerte sind jeweils als Zentimeterangaben zu verstehen.
Nun fragst du dich zum einen, wie groß die sichtbare Oberfläche des Baumes ist, da du den Baum gerne von außen grün anmalen würdest. Angedacht ist, dass der Baum in aufrechter Position steht, die unten und innen liegende Flächen sind also nicht sichtbar. Außerdem fragst du dich, aus wie viel Schokolade denn ein solcher Baum besteht.
Deine Konzeptzeichnungen zeigen links die äußere Berandung und rechts den inneren Umriss umgeben von einigen Linien des äußeren Randes:
Ein in der Werkstatt sonst nur Formen für Schokoladen-Weihnachtsmänner produzierender Wichtel hilft dir, schnell einige Gussformen nach deinen Wünschen herzustellen und schon kann es losgehen. Du gehst zu einer Schokoladenfabrik, zapfst Schokolade ab und befüllst deine Formen damit. Nachdem alles abgekühlt ist, fragst du den Weihnachtsmann, ob du auch einige seiner Geschenkboxen nutzen darfst. Er erlaubt es dir, sodass dein Geschenk für die Wichtel nun fertig ist und du dich morgen wieder anderen Fragen widmen werden kannst.
Eine schnelle Lösung nennt die gesuchte Fläche und das gesuchte Volumen möglichst genau. Eine schöne Lösung beschreibt auch den Lösungsweg. Die Nutzung technischer Hilfsmittel ist erlaubt, sollte aber gekennzeichnet werden und nicht übermäßig stattfinden.