Aufgabenbeispiele von umwandeln in Scheitelform

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Nullstellen mit Nullprodukt

Beispiel:

Bestimme die Nullstellen der quadratischen Funktion f mit
f(x)= x 2 -3x

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Hier kann man x ausklammern und den Satz vom Nullprodukt anwenden

x 2 -3x = 0
x ( x -3 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -3 = 0 | +3
x2 = 3

L={0; 3 }

Nullstellen und Scheitel (Nullprodukt)

Beispiel:

Bestimme die Nullstellen und dann den Scheitel der quadratischen Funktion f mit
f(x)= x 2 -8x

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Hier kann man x ausklammern und den Satz vom Nullprodukt anwenden

x 2 -8x = 0
x ( x -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -8 = 0 | +8
x2 = 8

L={0; 8 }

Wegen der Symmetrie von Parabeln wissen wir, dass der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen muss. Wir berechen also den Mittelwert der beiden Nullstellen 0+8 2 = 4 und erhalten so den x-Wert des Scheitels.

Der Scheitel hat also die Koordinaten S(4|f(4)) mit f(4) = 4 2 -84 = 16 -32 = -16.

Als Ergebnisse erhalten wir also: Nullstellen: x1=0 und x2=8 , Scheitel: S(4|-16).

x²+bx+c -> Scheitelform

Beispiel:

Bestimme die Koordinaten des Scheitels der Parabel von der Funktion f mit f(x)= x 2 -8x -5 .

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1. Weg

x 2 -8x -5

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 -8x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die -8x durch 2x und quadriert diese Ergebnis -4 zu 16. Diese 16 fügt man dann an dritter Stelle in die Summe ein. So erhält man einen Term der Form x² ± 2xb + b², den man mit der binomischen Formel als (x ± b)² schreiben kann. Damit der Funktionsterm aber nicht verändert wird muss man die 16, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= x 2 -8x +16 -16 -5

= ( x -4 ) 2 -16 -5

= ( x -4 ) 2 -21

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(4|-21).


2. Weg

Wir betrachten nun nur x 2 -8x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie x 2 -8x -5 nur um -5 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von x 2 -8x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

x 2 -8x = 0
x ( x -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -8 = 0 | +8
x2 = 8

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(4|f(4)).

f(4) = 4 2 -84 -5 = 16 -32 -5 = -21

also: S(4|-21).


ax²+bx+c -> Scheitelform

Beispiel:

Bestimme die Koordinaten des Scheitels der Parabel von der Funktion f mit f(x)= 2 x 2 -16x -2 .

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1. Weg

2 x 2 -16x -2

= 2( x 2 -8x ) -2

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 -8x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die -8x durch 2x und quadriert diese Ergebnis -4 zu 16. Diese 16 fügt man dann an dritter Stelle in die Summe ein. So erhält man einen Term der Form x² ± 2xb + b², den man mit der binomischen Formel als (x ± b)² schreiben kann. Damit der Funktionsterm aber nicht verändert wird muss man die 16, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= 2( x 2 -8x +16 -16 ) -2

= 2( x 2 -8x +16 ) + 2 · ( -16 ) -2

= 2 ( x -4 ) 2 -32 -2

= 2 ( x -4 ) 2 -34

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(4|-34).


2. Weg

Wir betrachten nun nur 2 x 2 -16x . Deren Parabel sieht ja genau gleich aus wie 2 x 2 -16x -2 nur um -2 nach oben/unten verschoben. Das heißt beide Parabeln haben ihren Scheitel an der gleichen x-Stelle.

Von 2 x 2 -16x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

2 x 2 -16x = 0
2 x ( x -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -8 = 0 | +8
x2 = 8

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(4|f(4)).

f(4) = 2 4 2 -164 -2 = 32 -64 -2 = -34

also: S(4|-34).


Extremwertaufgaben (Anwend.)

Beispiel:

Die Summe zweier Zahlen ist 160 . Wie groß muss man die erste Zahl wählen, damit das Produkt der beiden Zahlen größtmöglich wird? Wie groß ist dann dieses Produkt.

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1. Weg

- x 2 +160x

= -( x 2 -160x )

Man erweitert die ersten beiden Summanden ( x 2 -160x ) zu einem 'binomischen Formel'-Term. Dazu teilt man die -160x durch 2x und quadriert diese Ergebnis -80 zu 6400. Diese 6400 fügt man dann an dritter Stelle in die Summe ein. So erhält man einen Term der Form x² ± 2xb + b², den man mit der binomischen Formel als (x ± b)² schreiben kann. Damit der Funktionsterm aber nicht verändert wird muss man die 6400, die man an 3. Stelle eingefügt hat, danach auch wieder abziehen.

= -( x 2 -160x +6400 -6400 )

= -( x 2 -160x +6400 ) -1 · ( -6400 )

= - ( x -80 ) 2 +6400

= - ( x -80 ) 2 +6400

Jetzt kann man den Scheitel leicht ablesen: S(80|6400).


2. Weg

Von - x 2 +160x können wir aber über Ausklammern und den Satz vom Nullprodukt sehr leicht die Nullstellen bestimmen.

- x 2 +160x = 0
x ( -x +160 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

-x +160 = 0 | -160
-x = -160 |:(-1 )
x2 = 160

Aus Symmetriegründen muss der Scheitel genau in der Mitte zwischen den Nullstellen liegen, also S(80|f(80)).

f(80) = - 80 2 +16080 = -6400 +12800 = 6400

also: S(80|6400).


Für x=80 bekommen wir also mit 6400 einen extremalen Wert von - x 2 +160x