Aufgabenbeispiele von allgemein
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Term mit Eigenschaften finden
Beispiel:
Bestimme den Term einer Funktion, für dessen Graph folgende Bedingungen erfüllt sein müssen:
- gemeinsame Punkte mit der x-Achse: N1(-2|0) und N2(-4|0)
- Schnittpunkt mit der y-Achse: Sy(0|-16)
Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also .
Um den y-Achsenabschnitt Sy(0|-16) zu überprüfen, setzen wir jetzt einfach x=0 in unseren bisherigen Term ein:
f(0) = =
Wir müssen somit unseren Term noch mit dem Koeffizienten multiplizieren, damit wir den gegebenen y-Achsenabschnit erhalten:
f(0) = =
Da also auch der y-Achsenabschnit passt, haben wir nun einen fertigen Funktionsterm .
Dieser funktionierende Term ist im roten Graphen eingezeichnet
Nullstellen und Faktorisieren
Beispiel:
Bestimme alle Nullstellen der Funktion f mit und gib f in Linearfaktordarstellung an.
Nullstellen sind die x-Werte, an denen der Funktionswert 0 beträgt, es muss also gelten:
f(x)=0
| = | |||
| = |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
| = | | | ||
| x1 | = |
2. Fall:
eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):
x2,3 =
x2,3 =
x2,3 =
Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:
x =
L={
Eine Mehrfachheit der Nullstellen muss natürlich auch in der faktorisierten Darstellung berücksichtigt werden.
Somit gilt für die faktorisierte Darstellung:
Anwendungen
Beispiel:
Eine neue trendy App wird veröffentlicht. Dabei kann die tägliche Downloadzahl (in K) näherungsweise für t ≥ 0 durch die Funktion f mit
- Gegen welchen Wert entwickeln sich die Downloadzahlen auf lange Sicht?
- Wann erreicht die Downloadzahl erstmals 37 (Tausend)?
- Wie viele Tausend Downloads werden zwischen Tag 0 und Tag 3 insgesamt heruntergeladen?
- Verhalten für t gegen unendlich
Gesucht ist das Verhalten der Funktionswerte bei sehr großen t-Werten, also das Verhalten von f für t → ∞.
Für t → ∞ ⇒ f(t)=
→30 + 22 e - 0,5 t 30 + 0 Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen
.30 - Erster t-Wert bei y = 37
Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=37 annimmt.
Dazu setzen wir die Funktion einfach = 37 und lösen nach t auf:
30 + 22 e - 0,5 t = 37 22 e - 0,5 t + 30 = 37 | - 30 22 e - 0,5 t = 7 |: 22 e - 0,5 t = 7 22 |ln(⋅) - 0,5 t = ln ( 7 22 ) |: - 0,5 t = - 1 0,5 ln ( 7 22 ) ≈ 2.2903 Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 37 annimmt, ist also nach 2.29 Tage.
- Zuwachs des Bestands zwischem 0 und 3
Gesucht ist ja der Zuwachs des Bestands zwischen t1=0 und t2=3 und weil ja f die Änderungsrate des Bestands angibt, kann dieser Zuwachs des Bestands mit dem Integral
berechnet werden.∫ 0 3 ( 30 + 22 e - 0,5 t ) ⅆ t ∫ 0 3 ( 30 + 22 e - 0,5 t ) ⅆ t =
[ 30 x - 44 e - 0,5 x ] 0 3 = 30 ⋅ 3 - 44 e - 0,5 ⋅ 3 - ( 30 ⋅ 0 - 44 e - 0,5 ⋅ 0 ) =
90 - 44 e - 1,5 - ( 0 - 44 e 0 ) =
- 44 e - 1,5 + 90 - ( 0 - 44 ) =
- 44 e - 1,5 + 90 + 44 =
- 44 e - 1,5 + 134
≈ 124,182124.18 Tausend Downloads ist also der gesuchte Zuwachs des Bestands.
Graph-Term-Zuordn BF + Transf.
Beispiel:
Ordne die Funktionen den Graphen zu.
f(x)=
g(x)=
h(x)=
i(x)=
j(x)=
k(x)=
Zu Graph Nr. 1:
Der Graph vonAm Graph Nr. 1 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch zusätzlich um 1 in y-Richtung verschoben wurden.
Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion k(x) =
Zu Graph Nr. 2:
Den Graph vonDer Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion i(x) =
Zu Graph Nr. 3:
Der Graph vonDer Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion h(x) =
Zu Graph Nr. 4:
Der Graph vonAm Graph Nr. 4 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch zusätzlich um 1 in y-Richtung verschoben wurden.
Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion g(x) =
Graph-Term-Zuordnung 2 BF
Beispiel:
Ordne die Funktionen den Graphen zu.
f(x)=
g(x)=
h(x)=
i(x)=
j(x)=
k(x)=
Zu Graph Nr. 1:
Der Graph vonDer Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion f(x) =
Zu Graph Nr. 2:
Den Graph vonDer Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion j(x) =
Zu Graph Nr. 3:
Der Graph von
Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion i(x) =
Zu Graph Nr. 4:
Der Graph von
Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion g(x) =
Graph-Term-Zuordnung BF
Beispiel:
Ordne die Funktionen den Graphen zu.
f(x)=
g(x)=
h(x)=
i(x)=
Zu Graph Nr. 1:
Der Graph vonDer Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion h(x) =
Zu Graph Nr. 2:
Den Graph vonDer Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion f(x) =
Zu Graph Nr. 3:
Der Graph von
Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion i(x) =
Zu Graph Nr. 4:
Den Graph vonDer Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion g(x) =
Graph-Term-Zuordn LF + Transf.
Beispiel:
Ordne die Funktionen den Graphen zu.
f(x)=
g(x)=
h(x)=
i(x)=
j(x)=
k(x)=
Zu Graph Nr. 1:
Den Graph vonAm Graph Nr. 1 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch an der x-Achse gespiegelt wurden.
Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion k(x) =
Zu Graph Nr. 2:
Den Graph vonDer Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion j(x) =
Zu Graph Nr. 3:
Der Graph vonDer Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion i(x) =
Zu Graph Nr. 4:
Der Graph vonAm Graph Nr. 4 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch an der x-Achse gespiegelt wurden.
Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion f(x) =
Graph-Term-Zuordnung 2 LF
Beispiel:
Ordne die Funktionen den Graphen zu.
f(x)=
g(x)=
h(x)=
i(x)=
j(x)=
k(x)=
Zu Graph Nr. 1:
Der Graph von
Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion h(x) =
Zu Graph Nr. 2:
Den Graph vonDer Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion j(x) =
Zu Graph Nr. 3:
Der Graph von
Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion g(x) =
Zu Graph Nr. 4:
Den Graph vonDer Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion k(x) =
Graph-Term-Zuordnung LF
Beispiel:
Ordne die Funktionen den Graphen zu.
f(x)=
g(x)=
h(x)=
i(x)=
Zu Graph Nr. 1:
Den Graph vonDer Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion f(x) =
Zu Graph Nr. 2:
Der Graph vonDer Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion i(x) =
Zu Graph Nr. 3:
Der Graph vonDer Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion g(x) =
Zu Graph Nr. 4:
Den Graph vonDer Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion h(x) =
Verschiebung Integral allg.
Beispiel:
Es gilt
Bestimme a, b und I.
Der Graph von f(x
Somit gilt a = -4 und b = 0.
Das
Parameter für Symmetrie finden
Beispiel:
Für welches a liegt beim Graph der Funktion fa mit
Gib die dann vorliegende Symmetrie an.
Man erkennt schnell, das keine Symmetrie zum Koordinatenssystem vorliegt, wenn nicht mindestens einer der Summanden von
Durch scharfes Hinsehen könnte man a = 1 erkennen. Man kann aber auch einfach bei jedem Summanden den Koeffizient anschauen und dann a so wählen, dass der Koeffizient = 0 wird:
-
wird 0 für a = 3 => f3(x) =( a - 3 ) x 2 =( 3 - 3 ) · x 2 + ( 3 - 1 ) · x - 1 2 x - 1 -
wird 0 für a = 1 => f1(x) =( a - 1 ) x =( 1 - 3 ) · x 2 + ( 1 - 1 ) · x - 1 - 2 x 2 - 1 -
kann nie = 0 werden, da ja gar kein a im Koeffizient ist.- 1
Für a = 1 hat f1(x) =
Schnittpkt-Anzahl in Abh. von Parameter
Beispiel:
Die Gerade y = m⋅x schneidet den Graph der Funktion f mit
Bestimme diese Werte von m.
An der Abbildung kann man erkennen, dass die Geraden, die den Graph von f berühren, der spannende Grenzfall sind.
Da ja y = m⋅x für jedes m immer durch den Ursprung O(0|0) verläuft, suchen wir also eine Tangente (von außen) an den Graphen von f durch den Ursprung:
Zuerst wird die Ableitung von f berechnet:
Wir kennen den Berührpunkt, in dem die gesuchte Tangente durch P(0|0) an das Schaubild von f angelegt wird, nicht. Deswegen nennen wir den x-Wert u. Der Funktionswert ist dann f(u), da der Berührpunkt ja auf dem Schaubild von f liegt. Außerdem muss die Ableitung in u ja gerade die Tangentensteigung sein, da B(u|f(u)) der Berührpunkt ist.
Wir können also P(0|0) als (x|y), den Berührpunkt B(u|f(u)) und m=f'(u)=
y=f´(u) ⋅(x-u)+f(u)
einsetzen:
0 =
Die Lösung der Gleichung:
|
|
= | |⋅ 25 | |
|
|
= | ||
|
|
= | ||
|
|
= |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
|
|
= | |
|
|
| u1 | = |
2. Fall:
|
|
= | |
|
|
|
|
= |
|
|:( |
| u2 | = |
|
L={
Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gefundenen Wert x =
=
=
Man kann jetzt an der Abbildung gut erkennen, für m =
Wird die Gerade noch steiler als bei m =
Wird die Geraden weniger steil oder sogar negativ, also für also für alle
m >
Die richtige Lösung wäre hier also: m <
Ableitungen am Graph finden
Beispiel:
Gegeben ist eine Funktion f. Eine der 4 Abbildungen unten zeigt den Graph von f, eine andere zeigt den Graph der Ableitungsfunktion f'. Eine weitere Abbildung zeigt den Graph einer Stammfunktion F (von f). Die verbleibende vierte Abbildung zeigt den Graph einer ganz anderen Funktion g. Ordne die Graphen den Funktionen f, f', F und G zu
Als Vorgehensweise empfiehlt es sich, die markanten Punkte in Bezug auf die Ableitung, also Punkte mit waagrechter Tangente wie z.B. Hoch- und Tiefpunkte, bei den einzelnen Graphen zu betrachten.
Zu Graph Nr. 1:
Beim Graph Nr. 1 können wir keine Punkte mit waagrechter Tangente finden.
Zu Graph Nr. 2:
Beim Graph Nr. 2 können wir bei x = -1.2 und bei x = 1.2 Punkte mit waagrechter Tangente erkennen.
Da ja genau an diesen Stellen der Graph 4 seine Nullstellen hat, könnte der Graph 4 die Ableitungsfunktion der Funktion vom Graph 2 zeigen.
Zu Graph Nr. 3:
Beim Graph Nr. 3 können wir bei x = 0 und bei x = 1.5 Punkte mit waagrechter Tangente erkennen.
Zu Graph Nr. 4:
Beim Graph Nr. 4 können wir bei x = 0 Punkte mit waagrechter Tangente erkennen.
Da ja genau an diesen Stellen der Graph 1 seine Nullstellen hat, könnte der Graph 1 die Ableitungsfunktion der Funktion vom Graph 4 zeigen.
Wir fassen also zusammen:
- Der Graph 4 zeigt die Ableitung vom Graph 2
- Der Graph 1 zeigt die Ableitung vom Graph 4
- Der Graph 3 scheint zu einer ganz anderen Funktion zu gehören.
Somit gilt:
Der Graph 1 gehört zur Funktion f '(x).
Der Graph 2 gehört zur Funktion F(x).
Der Graph 3 gehört zur Funktion g(x).
Der Graph 4 gehört zur Funktion f(x).
