Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

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

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

e -x -1 = 0 | +1
e -x = 1 |ln(⋅)
-x = 0 |:-1
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)= -3 e -x -1 -3 "+0" -

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= -3 e -x -1 -3 "-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) = -x +1 - x 2 -5x -6

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

- x 2 -5x -6 = 0

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

x1,2 = +5 ± ( -5 ) 2 -4 · ( -1 ) · ( -6 ) 2( -1 )

x1,2 = +5 ± 25 -24 -2

x1,2 = +5 ± 1 -2

x1 = 5 + 1 -2 = 5 +1 -2 = 6 -2 = -3

x2 = 5 - 1 -2 = 5 -1 -2 = 4 -2 = -2

also Definitionsmenge D=R\{ -3 ; -2 }

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

-x +1 - x 2 -5x -6 = -x +1 - ( x +3 ) · ( x +2 )

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

Für x   x<-3   -3 - ⇒ f(x)= -x +1 - ( x +3 ) · ( x +2 ) +4 -1 ⋅"-0" ⋅ (-1) = +4 "-0" -

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

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -3 mit einem VZW von - nach +

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

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -2 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) = -4 x 2 -5x +5 ( x -3 ) ( x +3 )

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senkrechte Asymptoten

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

( x -3 ) ( x +3 ) = 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 +3 = 0 | -3
x2 = -3

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

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

Für x   x<-3   -3 - ⇒ f(x)= -4 x 2 -5x +5 ( x -3 ) ( x +3 ) -16 (-6) ⋅ "-0" = -16 "+0" -

Für x   x>-3   -3 + ⇒ f(x)= -4 x 2 -5x +5 ( x -3 ) ( x +3 ) -16 (-6) ⋅ "+0" = -16 "-0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -3 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)= -4 x 2 -5x +5 ( x -3 ) ( x +3 ) -46 "-0" ⋅ (+6) = -46 "-0"

Für x   x>3   3 + ⇒ f(x)= -4 x 2 -5x +5 ( x -3 ) ( x +3 ) -46 "+0" ⋅ (+6) = -46 "+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:

Vorher sollte man allerdings noch ausmultiplizien.
-4 x 2 -5x +5 ( x -3 ) ( x +3 ) = -4 x 2 -5x +5 x 2 -9

-4 x 2 -5x +5 x 2 -9 = x 2 · ( -4 - 5 x + 5 x 2 ) x 2 · ( 1 - 9 x 2 ) = -4 - 5 x + 5 x 2 1 - 9 x 2

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -4 x 2 -5x +5 x 2 -9 = -4 - 5 x + 5 x 2 1 - 9 x 2 -4 +0+0 1 +0 = -4 1 = -4

Die Funktion besitzt folglich eine waagrechte Asymptote bei y = -4 .

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = e -0,5x -4 für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e -0,5x -4 -4

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e -0,5x -4 0 -4 -4

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

Term mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm dessen Graph bei x1 = -1 und bei x2 = -2 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -3 eine waagrechte Asymptote und eine Nullstelle in N(2|0) besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=-1 und x2=-2 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x +1 ) · ( x +2 ) = ? x 2 +3x +2

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( x -2 ) x 2 +3x +2

Jetzt testen wir x -2 ( x +1 ) · ( x +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 -3 zu bringen, quadrieren wir einfach den Linearterm des Zählers und geben im als Koeffizient -3. 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.
-3 ( x -2 ) 2 ( x +1 ) · ( x +2 ) = -3 x 2 +12x -12 x 2 +3x +2

-3 x 2 +12x -12 x 2 +3x +2 = x 2 · ( -3 + 12 x - 12 x 2 ) x 2 · ( 1 + 3 x + 2 x 2 ) = -3 + 12 x - 12 x 2 1 + 3 x + 2 x 2

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -3 x 2 +12x -12 x 2 +3x +2 = -3 + 12 x - 12 x 2 1 + 3 x + 2 x 2 -3 +0+0 1 +0+0 = -3 1 = -3

Mit f(x)= -3 ( x -2 ) 2 ( x +1 ) · ( x +2 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = 2x · e -0,5x für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= 2x · e -0,5x - · -

Für x → ∞ ⇒ f(x)= 2x · e -0,5x · 0 0( Der Exponentialterm im zweiten Faktor wächst sehr viel schneller gegen ∞ bzw. gegen 0 und setzt sich deswegen durch)

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