Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = x +1 e 3x - e x

Lösung einblenden

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

e 3x - e x = 0
( e 2x -1 ) e x = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

e 2x -1 = 0 | +1
e 2x = 1 |ln(⋅)
2x = 0 |:2
x1 = 0 ≈ 0

2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

also Definitionsmenge D=R\{0}

Um den Term besser auf Asymptoten untersuchen zu können, faktorisieren wir den Nenner:

x +1 e 3x - e x = x +1 ( e 2x -1 ) · e x

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 0 (von links und von rechts)

Für x   x<0   0 - ⇒ f(x)= x +1 ( e 2x -1 ) · e x +1 "-0" ⋅ (+1) = +1 "-0" -

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= x +1 ( e 2x -1 ) · e x +1 "+0" ⋅ (+1) = +1 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 0 mit einem VZW von - nach +

senkrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -3 x 2 -2x -2 x 2 -8x +16

Lösung einblenden

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

x 2 -8x +16 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 16 21

x1,2 = +8 ± 64 -64 2

x1,2 = +8 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = 8 2 = 4

also Definitionsmenge D=R\{ 4 }

Um den Term besser auf Asymptoten untersuchen zu können, faktorisieren wir den Nenner:

-3 x 2 -2x -2 x 2 -8x +16 = -3 x 2 -2x -2 ( x -4 ) 2

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 4 (von links und von rechts)

Für x   x<4   4 - ⇒ f(x)= -3 x 2 -2x -2 ( x -4 ) 2 -58 "+0" -

Für x   x>4   4 + ⇒ f(x)= -3 x 2 -2x -2 ( x -4 ) 2 -58 "+0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 4 ohne VZW (beides - )

alle Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) und waagrechten Asymptoten vom Graphen der Funktion f mit f(x) = 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 ( 3 + x ) ( x +1 )

Lösung einblenden

senkrechte Asymptoten

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

( 3 + x ) ( x +1 ) = 0
( x +3 ) ( x +1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x +3 = 0 | -3
x1 = -3

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

also Definitionsmenge D=R\{ -3 ; -1 }

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -3 (von links und von rechts)

Für x   x<-3   -3 - ⇒ f(x)= 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 ( 3 + x ) ( x +1 ) +2 "-0" ⋅ (-2) = +2 "+0"

Für x   x>-3   -3 + ⇒ f(x)= 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 ( 3 + x ) ( x +1 ) +2 "+0" ⋅ (-2) = +2 "-0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -3 mit einem VZW von + nach -

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -1 (von links und von rechts)

Für x   x<-1   -1 - ⇒ f(x)= 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 ( 3 + x ) ( x +1 ) +4 (+2) ⋅ "-0" = +4 "-0" -

Für x   x>-1   -1 + ⇒ f(x)= 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 ( 3 + x ) ( x +1 ) +4 (+2) ⋅ "+0" = +4 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -1 mit einem VZW von - nach +

waagrechte Asymptoten

Um die waagrechte Asymtote zu ermitteln, wird in Zähler und Nenner die höchste x-Potenz des Nenners ausgeklammert:

Vorher sollte man allerdings noch ausmultiplizien.
2 x 3 +5 x 2 -5x -4 ( 3 + x ) ( x +1 ) = 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 x 2 +4x +3

2 x 3 +5 x 2 -5x -4 x 2 +4x +3 = x 2 · ( 2x +5 - 5 x - 4 x 2 ) x 2 · ( 1 + 4 x + 3 x 2 ) = 2x +5 - 5 x - 4 x 2 1 + 4 x + 3 x 2

So können wir einfach das Verhalten für x→ ±∞ untersuchen:

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= 2 x 3 +5 x 2 -5x -4 x 2 +4x +3 = 2x +5 - 5 x - 4 x 2 1 + 4 x + 3 x 2 +5 +0+0 1 +0+0 =

Die Funktion besitzt folglich keine waagrechte Asymptote.

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = e -0,4x 4x für x → -∞ und für x → ∞.

Lösung einblenden

Für x → -∞ ⇒ f(x)= e -0,4x 4x - - ( Der Exponentialterm im Zähler wächst sehr viel schneller gegen ∞ bzw. gegen 0 als der Nenner und setzt sich deswegen durch)

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e -0,4x 4x 0 0

Die Funktion besitzt folglich auf der rechten Seite (für x → ∞) eine waagrechte Asymptote bei y = 0 (x-Achse).

Term mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm dessen Graph bei x= 1 eine senkrechte Asymptote mit einem VZW von - nach +, bei y = 0 eine waagrechte Asymptote und keine Nullstelle besitzt.

Lösung einblenden

Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptote bei x=1 (mit einem VZW von - nach +) muss der entsprechende Linearterm in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? x -1

Wenn wir den Zähler auf 1 setzen, also f(x)= 1 x -1 , passen bereits die Definitionslücke bei x = 1 und die fehlenden Nullstellen. Auch die waagrechte Asymptote bei y=0 passt:

waagrechte Asymptoten

Um die waagrechte Asymtote zu ermitteln, wird in Zähler und Nenner die höchste x-Potenz des Nenners ausgeklammert:

1 x -1 = x · 1 x x · ( 1 - 1 x ) = 1 x 1 - 1 x

So können wir einfach das Verhalten für x→ ±∞ untersuchen:

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= 1 x -1 = 1 x 1 - 1 x 0 1 +0 = 0 1 = 0

Vorzeichenwechsel (VZW)

Für x   x<1   1- ⇒ f(x)= 1 x -1 +1 "-0" -

Für x   x>1   1+ ⇒ f(x)= 1 x -1 +1 "+0"

Mit f(x)= 1 x -1 sind also alle Bedingungen erfüllt

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = 4 x 2 · e -0,4x +2 für x → -∞ und für x → ∞.

Lösung einblenden

Für x → -∞ ⇒ f(x)= 4 x 2 · e -0,4x +2 · +2 +2

Für x → ∞ ⇒ f(x)= 4 x 2 · e -0,4x +2 · 0 +2 0 +2 2 4 x 2 · e -0,4x 0: ( Der Exponentialterm im zweiten Faktor wächst sehr viel schneller gegen 0 als der erste Faktor gegen und setzt sich deswegen durch)

Die Funktion besitzt folglich auf der rechten Seite (für x → ∞) eine waagrechte Asymptote bei y = 2 .

Polstellen und hebbare Def.-Lücken

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -2x -4 ( x +2 ) ( x +1 )

Lösung einblenden

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

( x +2 ) ( x +1 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x +2 = 0 | -2
x1 = -2

2. Fall:

x +1 = 0 | -1
x2 = -1

also Definitionsmenge D=R\{ -2 ; -1 }

Wir untersuchen das Verhalten für x → -2 und erkennen, dass sowohl der Zähler als auch der Nenner =0 werden.

Wir müssten also sowohl im Zähler als auch im Nenner einen Faktor (x +2) erkennen, die wir dann kürzen können:

-2x -4 ( x +2 ) ( x +1 ) = -2x -4 ( x +2 ) ( x +1 ) = - 2 x +1

Für x → -2 ⇒ f(x)= -2x -4 ( x +2 ) ( x +1 ) = - 2 x +1 - 2 -2 +1 = 2

Die Funktion besitzt folglich eine hebbare Definitionslücke (Loch) L(-2 | 2 )


Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -1 (von links und von rechts)

Für x   x<-1   -1 - ⇒ f(x)= -2x -4 ( x +2 ) ( x +1 ) -2 (+1) ⋅ "-0" = -2 "-0"

Für x   x>-1   -1 + ⇒ f(x)= -2x -4 ( x +2 ) ( x +1 ) -2 (+1) ⋅ "+0" = -2 "+0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -1 mit einem VZW von + nach -