Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

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

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

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

also Definitionsmenge D=R\{ 2 }

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

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 2 mit einem VZW von + nach -

senkrechte Asymptoten

Beispiel:

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

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

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= -3x -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) = -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 x 2 +8x +15

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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 +8x +15 = 0

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

x1,2 = -8 ± 8 2 -4 · 1 · 15 21

x1,2 = -8 ± 64 -60 2

x1,2 = -8 ± 4 2

x1 = -8 + 4 2 = -8 +2 2 = -6 2 = -3

x2 = -8 - 4 2 = -8 -2 2 = -10 2 = -5

also Definitionsmenge D=R\{ -5 ; -3 }

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

-3 x 3 -3 x 2 +4x -3 x 2 +8x +15 = -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 ( x +3 ) · ( x +5 )

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

Für x   x<-5   -5 - ⇒ f(x)= -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 ( x +3 ) · ( x +5 ) +277 (-2) ⋅ "-0" = +277 "+0"

Für x   x>-5   -5 + ⇒ f(x)= -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 ( x +3 ) · ( x +5 ) +277 (-2) ⋅ "+0" = +277 "-0" -

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

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

Für x   x<-3   -3 - ⇒ f(x)= -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 ( x +3 ) · ( x +5 ) +39 "-0" ⋅ (+2) = +39 "-0" -

Für x   x>-3   -3 + ⇒ f(x)= -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 ( x +3 ) · ( x +5 ) +39 "+0" ⋅ (+2) = +39 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -3 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:

-3 x 3 -3 x 2 +4x -3 x 2 +8x +15 = x 2 · ( -3x -3 + 4 x - 3 x 2 ) x 2 · ( 1 + 8 x + 15 x 2 ) = -3x -3 + 4 x - 3 x 2 1 + 8 x + 15 x 2

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -3 x 3 -3 x 2 +4x -3 x 2 +8x +15 = -3x -3 + 4 x - 3 x 2 1 + 8 x + 15 x 2 - -3 +0+0 1 +0+0 = -

Die Funktion besitzt folglich keine waagrechte Asymptote.

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

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

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= 3 x 2 · e -0,2x ·

Für x → ∞ ⇒ f(x)= 3 x 2 · e -0,2x · 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= 0 eine senkrechte Asymptote ohne VZW (beides - ), bei y = -1 eine waagrechte Asymptote und eine Nullstelle in N(-3|0) besitzt.

Lösung einblenden

Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptote bei x=0 (ohne VZW (beides - )) muss der entsprechende Linearterm in den Nenner unserer gesuchten Funktion. Da kein Vorzeichenwechsel vorliegt, muss es eine doppelte Nullstelle sein, also:

? ( x +0 ) 2

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( x +3 ) x 2

Jetzt testen wir x +3 ( x +0 ) 2 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 -1 zu bringen, quadrieren wir einfach den Linearterm des Zählers und geben im als Koeffizient -1. 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.
- ( x +3 ) 2 ( x +0 ) 2 = - x 2 -6x -9 x 2

- x 2 -6x -9 x 2 = x 2 · ( -1 - 6 x - 9 x 2 ) x 2 · 1 = -1 - 6 x - 9 x 2 1

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= - x 2 -6x -9 x 2 = -1 - 6 x - 9 x 2 1 -1 +0+0 1 = -1 1 = -1

Mit f(x)= - ( x +3 ) 2 ( x +0 ) 2 sind also alle Bedingungen erfüllt

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

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

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= -2x · e 0,3x · 0 0( Der Exponentialterm im zweiten Faktor wächst sehr viel schneller gegen 0 als der erste Faktor gegen und setzt sich deswegen durch)

Für x → ∞ ⇒ f(x)= -2x · e 0,3x - · -

Die Funktion besitzt folglich auf der linken 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) = x 2 -2x -2x +8

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

-2x +8 = 0 | -8
-2x = -8 |:(-2 )
x = 4

also Definitionsmenge D=R\{ 4 }

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

Für x   x<4   4 - ⇒ f(x)= x 2 -2x -2x +8 +8 "+0"

Für x   x>4   4 + ⇒ f(x)= x 2 -2x -2x +8 +8 "-0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 4 mit einem VZW von + nach -