Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = x +3 e 4x - e x

Lösung einblenden

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

e 4x - e x = 0
( e 3x -1 ) e x = 0

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

1. Fall:

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

x +3 e 4x - e x = x +3 ( e 3x -1 ) · e x

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 0 (von links und von rechts)

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

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

Lösung einblenden

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

x 2 -3x +2 = 0

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

x1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · 2 21

x1,2 = +3 ± 9 -8 2

x1,2 = +3 ± 1 2

x1 = 3 + 1 2 = 3 +1 2 = 4 2 = 2

x2 = 3 - 1 2 = 3 -1 2 = 2 2 = 1

also Definitionsmenge D=R\{ 1 ; 2 }

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

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

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

Für x   x<1   1 - ⇒ f(x)= -2x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -5 (-1) ⋅ "-0" = -5 "+0" -

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

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 1 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)= -2x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -7 "-0" ⋅ (+1) = -7 "-0"

Für x   x>2   2 + ⇒ f(x)= -2x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -7 "+0" ⋅ (+1) = -7 "+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) = 4x +3 x 2 +8x +16

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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 +16 = 0

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

x1,2 = -8 ± 8 2 -4 · 1 · 16 21

x1,2 = -8 ± 64 -64 2

x1,2 = -8 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = -8 2 = -4

also Definitionsmenge D=R\{ -4 }

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

4x +3 x 2 +8x +16 = 4x +3 ( x +4 ) 2

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

Für x   x<-4   -4 - ⇒ f(x)= 4x +3 ( x +4 ) 2 -13 "+0" -

Für x   x>-4   -4 + ⇒ f(x)= 4x +3 ( x +4 ) 2 -13 "+0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -4 ohne VZW (beides - )

waagrechte Asymptoten

Um die waagrechte Asymtote zu ermitteln, wird in Zähler und Nenner die höchste x-Potenz des Nenners ausgeklammert:

4x +3 x 2 +8x +16 = x 2 · ( 4 x + 3 x 2 ) x 2 · ( 1 + 8 x + 16 x 2 ) = 4 x + 3 x 2 1 + 8 x + 16 x 2

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= 4x +3 x 2 +8x +16 = 4 x + 3 x 2 1 + 8 x + 16 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) = - x 2 · e -0,3x für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= - x 2 · e -0,3x - · -

Für x → ∞ ⇒ f(x)= - x 2 · e -0,3x - · 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).

Term mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

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

Lösung einblenden

Zuerst der Nenner

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

? ( x +2 ) · ( x -1 ) = ? x 2 + x -2

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( x +0 ) x 2 + x -2 = ?⋅ ( x ) x 2 + x -2

Jetzt testen wir x ( x +2 ) · ( x -1 ) auf die waagrechte Asymptote:

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 ( x +2 ) · ( x -1 ) = x x 2 + x -2

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

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

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

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

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = e 0,3x 5 x 2 für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e 0,3x 5 x 2 0 0

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e 0,3x 5 x 2 ( Der Exponentialterm im Zähler wächst sehr viel schneller gegen ∞ bzw. gegen 0 als der Nenner und setzt sich deswegen durch)

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