Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -2x -1 -5 - x

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

-5 - x = 0
-x -5 = 0 | +5
-x = 5 |:(-1 )
x = -5

also Definitionsmenge D=R\{ -5 }

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -5 (von links und von rechts)

Für x   x<-5   -5 - ⇒ f(x)= -2x -1 -5 - x +9 "+0"

Für x   x>-5   -5 + ⇒ f(x)= -2x -1 -5 - x +9 "-0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -5 mit einem VZW von + nach -

senkrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -2 x 2 + x +5 e 2x - e x

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

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

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

1. Fall:

e x -1 = 0 | +1
e x = 1 |ln(⋅)
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:

-2 x 2 + x +5 e 2x - e x = -2 x 2 + x +5 ( e x -1 ) · e x

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

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

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

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

alle Asymptoten bestimmen

Beispiel:

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

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senkrechte Asymptoten

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

-x +1 = 0 | -1
-x = -1 |:(-1 )
x2 = 1

also Definitionsmenge D=R\{0; 1 }

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

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

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

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 0 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)= x 3 -3 x 2 +2x +5 x · ( -x +1 ) +5 (+1) ⋅ "+0" = +5 "+0"

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

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

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

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

Die Funktion besitzt folglich keine waagrechte Asymptote.

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = -5x · e -0,1x für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= -5x · e -0,1x ·

Für x → ∞ ⇒ f(x)= -5x · e -0,1x - · 0 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 = 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.

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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"

Wir haben also den falschen VZW. Wenn wir aber den Zähler mit -1 multiplizieren, bekommen wir gerade das entgegengesetzte Verhalten in der Nähe der Definitionslücke.

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) = -3 x 2 · e -0,5x für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= -3 x 2 · e -0,5x - · -

Für x → ∞ ⇒ f(x)= -3 x 2 · e -0,5x - · 0 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 = 0 (x-Achse).

Polstellen und hebbare Def.-Lücken

Beispiel:

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

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

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

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

also Definitionsmenge D=R\{ -2 ; 0}

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

-2x -4 x 2 +2x = -2x -4 x · ( x +2 )

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine hebbare Definitionslücke (Loch) L(-2 | 1 )


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

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

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

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