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:

  • gemeinsamer Punkt mit der x-Achse: N(2|0)
  • einen Punkt mit waagrechter Tangente bei x = 4
  • Schnittpunkt mit der y-Achse: Sy(0|32)

Lösung einblenden

Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also f(x)= x -2 .

Der Punkt mit waagrechter Tangente bei x = 4 erhalten wir am einfachsten mit einer doppelten Nullstelle, weil eine doppelte Nullstelle ja immer nur die x-Achse berührt, ohne sie zu überschreiten. Dadurch liegt an einer doppelten Nullstelle stets ein Extrempunkt, also ein Punkt mit waagrechter Tangente vor.

Als neuen Term erhalten wir somit f(x)= ( x -2 ) · ( x -4 ) 2

Um den y-Achsenabschnitt Sy(0|32) zu überprüfen, setzen wir jetzt einfach x=0 in unseren bisherigen Term ein:

f(0) = ( 0 -2 ) · ( 0 -4 ) 2 = -32

Wir müssen somit unseren Term noch mit dem Koeffizienten -1 multiplizieren, damit wir den gegebenen y-Achsenabschnit erhalten:

f(0) = - ( 0 -2 ) · ( 0 -4 ) 2 = 32

Da also auch der y-Achsenabschnit passt, haben wir nun einen fertigen Funktionsterm f(x)= - ( x -2 ) ( x -4 ) 2 .

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Dieser funktionierende Term ist im roten Graphen eingezeichnet

Eigenschaften von e-Funktionen

Beispiel:

Welche Eigenschaften hat die Funktion f mit f(x)= -2 e x .

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Als erstes erinnern wir uns die natürliche Exponentialfunktion f0(x)= e x (im Schaubild in schwarzer Farbe eingezeichnet).

Am negativen Koeffizient vor dem e x erkennen wir, dass der Graph gegenüber dem der natürlichen Exponentialfunktion an der x-Achse gespiegelt (und noch in y-Richtung gestreckt) wurde. Daraus ergeben sich folgende Aussagen:

  • Alle Funktionswerte werden so <0, also verläuft der Graph komplett unter der x-Achse.
  • Die Funktionswerte werden zwar (wie bei e x ) betragsmäßig immer größer, durch das negative Vorzeichen aber immer kleiner. Die Funktion ist also streng monoton fallend.
  • Während e x für x → ∞ auch gegen ∞ strebt, strebt der gespiegelte Term gegen - ∞.
  • Wie e x strebt für x → -∞ auch -2 e x gegen 0 (nur eben von unten statt von oben).

Nullstellen und Faktorisieren

Beispiel:

Bestimme alle Nullstellen der Funktion f mit f(x)= 3 x 2 -3 und gib f in Linearfaktordarstellung an.


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Nullstellen sind die x-Werte, an denen der Funktionswert 0 beträgt, es muss also gelten:

f(x)=0

3 x 2 -3 = 0 | +3
3 x 2 = 3 |:3
x 2 = 1 | 2
x1 = - 1 = -1
x2 = 1 = 1

L={ -1 ; 1 }

Eine Mehrfachheit der Nullstellen muss natürlich auch in der faktorisierten Darstellung berücksichtigt werden.

Auch der ausgeklammerte (oder wegdividierte) Faktor 3 darf natürlich nicht vergessen werden:

Somit gilt für die faktorisierte Darstellung:

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

Anwendungen

Beispiel:

Eine neue trendy App wird veröffentlicht. Dabei kann die tägliche Downloadzahl (in K) näherungsweise für t ≥ 0 durch die Funktion f mit f(t)= 15 -10 e -0,7t beschrieben werden; f(t) in Tausend Downloads, t in Tagen nach Beobachtungsbeginn bzw. Veröffentlichung.

  1. Gegen welchen Wert entwickeln sich die Downloadzahlen auf lange Sicht?
  2. Wann erreicht die Downloadzahl erstmals 10 (Tausend)?
  3. Wie viele Tausend Downloads werden zwischen Tag 0 und Tag 3 insgesamt heruntergeladen?

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  1. 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)= 15 -10 e -0,7t 15 +0

    Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen 15 .

  2. Erster t-Wert bei y = 10

    Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=10 annimmt.

    Dazu setzen wir die Funktion einfach = 10 und lösen nach t auf:

    15 -10 e -0,7t = 10
    -10 e -0,7t +15 = 10 | -15
    -10 e -0,7t = -5 |:-10
    e -0,7t = 1 2 |ln(⋅)
    -0,7t = ln( 1 2 ) |:-0,7
    t = - 1 0.7 ln( 1 2 ) ≈ 0.9902

    Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 10 annimmt, ist also nach 0.99 Tage.

  3. 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 0 3 ( 15 -10 e -0,7t ) t berechnet werden.

    0 3 ( 15 -10 e -0,7t ) t

    = [ 15x + 100 7 e -0,7x ] 0 3

    = 153 + 100 7 e -0,73 - ( 150 + 100 7 e -0,70 )

    = 45 + 100 7 e -2,1 - (0 + 100 7 e 0 )

    = 100 7 e -2,1 +45 - (0 + 100 7 )

    = 100 7 e -2,1 +45 - (0 + 100 7 )

    = 100 7 e -2,1 +45 - 100 7

    = 100 7 e -2,1 + 215 7


    ≈ 32,464

    32.46 Tausend Downloads ist also der gesuchte Zuwachs des Bestands.