Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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:

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

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

Lösung einblenden

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

( 4 - x ) ( x +4 ) = 0
( -x +4 ) ( x +4 ) = 0

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

1. Fall:

-x +4 = 0 | -4
-x = -4 |:(-1 )
x1 = 4

2. Fall:

x +4 = 0 | -4
x2 = -4

also Definitionsmenge D=R\{ -4 ; 4 }

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

Für x   x<-4   -4 - ⇒ f(x)= -5 ( 4 - x ) ( x +4 ) -5 (+8) ⋅ "-0" = -5 "-0"

Für x   x>-4   -4 + ⇒ f(x)= -5 ( 4 - x ) ( x +4 ) -5 (+8) ⋅ "+0" = -5 "+0" -

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

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

Für x   x<4   4 - ⇒ f(x)= -5 ( 4 - x ) ( x +4 ) -5 "+0" ⋅ (+8) = -5 "+0" -

Für x   x>4   4 + ⇒ f(x)= -5 ( 4 - x ) ( x +4 ) -5 "-0" ⋅ (+8) = -5 "-0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 4 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 +4 x 2 +2x -8

Lösung einblenden

senkrechte Asymptoten

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

x 2 +2x -8 = 0

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

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · ( -8 ) 21

x1,2 = -2 ± 4 +32 2

x1,2 = -2 ± 36 2

x1 = -2 + 36 2 = -2 +6 2 = 4 2 = 2

x2 = -2 - 36 2 = -2 -6 2 = -8 2 = -4

also Definitionsmenge D=R\{ -4 ; 2 }

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

x +4 x 2 +2x -8 = x +4 ( x -2 ) · ( x +4 )

Wir untersuchen das Verhalten für x → -4 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 +4) erkennen, die wir dann kürzen können:

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

Für x → -4 ⇒ f(x)= x +4 ( x -2 ) · ( x +4 ) = 1 x -2 1 -4 -2 = - 1 6

Die Funktion besitzt folglich eine hebbare Definitionslücke (Loch) L(-4 | - 1 6 )


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

Für x   x<2   2 - ⇒ f(x)= x +4 ( x -2 ) · ( x +4 ) +6 "-0" ⋅ (+6) = +6 "-0" -

Für x   x>2   2 + ⇒ f(x)= x +4 ( x -2 ) · ( x +4 ) +6 "+0" ⋅ (+6) = +6 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 2 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 +4 x 2 +2x -8 = x 2 · ( 1 x + 4 x 2 ) x 2 · ( 1 + 2 x - 8 x 2 ) = 1 x + 4 x 2 1 + 2 x - 8 x 2

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= x +4 x 2 +2x -8 = 1 x + 4 x 2 1 + 2 x - 8 x 2 0+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 -0,1x 5x für x → -∞ und für x → ∞.

Lösung einblenden

Für x → -∞ ⇒ f(x)= e -0,1x 5x - - ( 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 -0,1x 5x 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 x1 = -2 und bei x2 = 0 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -3 eine waagrechte Asymptote und in N1(-3|0) und N2(-5|0) Nullstellen besitzt.

Lösung einblenden

Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=-2 und x2=0 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x +2 ) · ( x +0 ) = ? x 2 +2x

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( ( x +3 ) · ( x +5 ) ) x 2 +2x = ?⋅ ( x 2 +8x +15 ) x 2 +2x

Jetzt testen wir x 2 +8x +15 ( x +2 ) · ( x +0 ) auf die waagrechte Asymptote:

Um die waagrechte Asymptote von 1 auf -3 zu bringen multiplizieren wir einfach den Zähler mit -3 und erhalten so:

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.
-3( x 2 +8x +15 ) ( x +2 ) · ( x +0 ) = -3 x 2 -24x -45 x 2 +2x

-3 x 2 -24x -45 x 2 +2x = x 2 · ( -3 - 24 x - 45 x 2 ) x 2 · ( 1 + 2 x ) = -3 - 24 x - 45 x 2 1 + 2 x

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -3 x 2 -24x -45 x 2 +2x = -3 - 24 x - 45 x 2 1 + 2 x -3 +0+0 1 +0 = -3 1 = -3

Mit f(x)= -3( x 2 +8x +15 ) ( x +2 ) · ( x +0 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = -4 x 2 · e -0,1x für x → -∞ und für x → ∞.

Lösung einblenden

Für x → -∞ ⇒ f(x)= -4 x 2 · e -0,1x - · -

Für x → ∞ ⇒ f(x)= -4 x 2 · 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).

Polstellen und hebbare Def.-Lücken

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -3x -9 ( x +3 ) ( x +1 )

Lösung einblenden

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

( 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 das Verhalten für x → -3 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 +3) erkennen, die wir dann kürzen können:

-3x -9 ( x +3 ) ( x +1 ) = -3x -9 ( x +3 ) ( x +1 ) = - 3 x +1

Für x → -3 ⇒ f(x)= -3x -9 ( x +3 ) ( x +1 ) = - 3 x +1 - 3 -3 +1 = 3 2

Die Funktion besitzt folglich eine hebbare Definitionslücke (Loch) L(-3 | 3 2 )


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

Für x   x<-1   -1 - ⇒ f(x)= -3x -9 ( x +3 ) ( x +1 ) -6 (+2) ⋅ "-0" = -6 "-0"

Für x   x>-1   -1 + ⇒ f(x)= -3x -9 ( x +3 ) ( x +1 ) -6 (+2) ⋅ "+0" = -6 "+0" -

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