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 -2 e 4x -1

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

e 4x -1 = 0 | +1
e 4x = 1 |ln(⋅)
4x = 0 |:4
x = 0 ≈ 0

also Definitionsmenge D=R\{0}

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

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

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

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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:

4 x 2 +5x +4 e 3x - e x = 4 x 2 +5x +4 ( 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)= 4 x 2 +5x +4 ( e 2x -1 ) · e x +4 "-0" ⋅ (+1) = +4 "-0" -

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

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

also Definitionsmenge D=R\{ -2 }

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

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

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -2 (von links und von rechts)

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -2 ohne VZW (beides + )

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

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

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine waagrechte Asymptote bei y = 0 (x-Achse).

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

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

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e 0,2x - x 2 0 - 0

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e 0,2x - x 2 - - ( Der Exponentialterm im Zähler wächst sehr viel schneller gegen ∞ bzw. gegen 0 als der Nenner und setzt sich deswegen durch)

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

Term mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm dessen Graph bei x1 = 3 und bei x2 = 4 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -2 eine waagrechte Asymptote und eine Nullstelle in N(2|0) besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=3 und x2=4 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x -3 ) · ( x -4 ) = ? x 2 -7x +12

Nullstellen in den Zähler

Im Zähler müssen auf jeden Fall mal die Nullstellen berücksichtigt werden, also

? ⋅ ( x -2 ) x 2 -7x +12

Jetzt testen wir x -2 ( x -3 ) · ( x -4 ) auf die waagrechte Asymptote:

Da im Nenner eine quadratische Funktion ist, im Zähler auch nur eine lineare Funktion, muss die Funktion für x → ∞ gegen 0 laufen. Um diesen Grenzwert aber auf -2 zu bringen, quadrieren wir einfach den Linearterm des Zählers und geben im als Koeffizient -2. Jetzt stimmt auch die waagrechte Asympzote:

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 -2 ) 2 ( x -3 ) · ( x -4 ) = -2 x 2 +8x -8 x 2 -7x +12

-2 x 2 +8x -8 x 2 -7x +12 = x 2 · ( -2 + 8 x - 8 x 2 ) x 2 · ( 1 - 7 x + 12 x 2 ) = -2 + 8 x - 8 x 2 1 - 7 x + 12 x 2

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -2 x 2 +8x -8 x 2 -7x +12 = -2 + 8 x - 8 x 2 1 - 7 x + 12 x 2 -2 +0+0 1 +0+0 = -2 1 = -2

Mit f(x)= -2 ( x -2 ) 2 ( x -3 ) · ( x -4 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = 2 e -0,3x -4 für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= 2 e -0,3x -4 -4

Für x → ∞ ⇒ f(x)= 2 e -0,3x -4 0 -4 -4

Die Funktion besitzt folglich auf der rechten Seite (für x → ∞) eine waagrechte Asymptote bei y = -4 .

Polstellen und hebbare Def.-Lücken

Beispiel:

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

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

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

also Definitionsmenge D=R\{0}

und den Zähler:

x 2 +2x -x = x · ( x +2 ) -x

Wir untersuchen das Verhalten für x → 0 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 -0) erkennen, die wir dann kürzen können:

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

Für x → 0 ⇒ f(x)= x 2 +2x -x = -( x +2 ) -(0 +2 ) = -2

Die Funktion besitzt folglich eine hebbare Definitionslücke (Loch) L(0 | -2 )