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(3|0)
  • Schnittpunkt mit der y-Achse: Sy(0|-6)

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Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also f(x)= ( x -2 ) · ( x -3 ) .

Um den y-Achsenabschnitt Sy(0|-6) zu überprüfen, setzen wir jetzt einfach x=0 in unseren bisherigen Term ein:

f(0) = ( 0 -2 ) · ( 0 -3 ) = 6

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

f(0) = - ( 0 -2 ) · ( 0 -3 ) = -6

Da also auch der y-Achsenabschnit passt, haben wir nun einen fertigen Funktionsterm f(x)= - ( x -2 ) ( x -3 ) .

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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)= - 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 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 - 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 3 -30 x 2 +75x 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 3 -30 x 2 +75x = 0
3 x ( x 2 -10x +25 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -10x +25 = 0

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

x2,3 = +10 ± ( -10 ) 2 -4 · 1 · 25 21

x2,3 = +10 ± 100 -100 2

x2,3 = +10 ± 0 2

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

x = 10 2 = 5

L={0; 5 }

5 ist 2-fache Lösung!

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 · ( x -5 ) 2 = 3 x 3 -30 x 2 +75x

Anwendungen

Beispiel:

Ein Getränk wird aus dem Kühlschrank genommen und erwärmt sich. Die Temperatur des Getränks zur Zeit t kann für t ≥ 0 durch die Funktion f mit f(t)= 30 -19 e -0,6t beschrieben werden; f(t) in °C, t in Minuten nach Beobachtungsbeginn.

  1. Bestimme die Temperatur des Getränks 4 Minuten nach Beobachtungsbeginn.
  2. Welche Temperatur hat das Getränk langfristig?
  3. Wann hat das Getränk die Temperatur von 23 erreicht?

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  1. y-Wert bei t = 4

    Gesucht ist der Funktionswert zur Zeit t=4. Wir berechnen also einfach f(4) = 30 -19 e -0,64 = -19 e -2,4 +30 ≈ 28.3


  2. 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 -19 e -0,6t 30 +0

    Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen 30 .

  3. Erster t-Wert bei y = 23

    Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=23 annimmt.

    Dazu setzen wir die Funktion einfach = 23 und lösen nach t auf:

    30 -19 e -0,6t = 23
    -19 e -0,6t +30 = 23 | -30
    -19 e -0,6t = -7 |:-19
    e -0,6t = 7 19 |ln(⋅)
    -0,6t = ln( 7 19 ) |:-0,6
    t = - 1 0.6 ln( 7 19 ) ≈ 1.6642

    Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 23 annimmt, ist also nach 1.66 min.