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(-1|0)
- Verhalten für x → -∞: f(x) → -∞
- Verhalten für x → ∞: f(x) → 0
Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also .
Jetzt betrachten wir das Verhalten für x → ± ∞ :
Das Verhalten, dass für x → +∞ : f(x) → 0 strebt und gleichzeitig für x → -∞ : f(x) → ± ∞ strebt, kennen wir doch von e-x.
Also multiplizieren wir einfach mal ein e-x zu unserem bisherigen Term dazu:
. Jetzt strebt auch tatsächlich für x → -∞ : f(x) gegen -∞, so dass wir einen gesuchten Term gefunden haben:
Dieser funktionierende Term ist im roten Graphen eingezeichnet
Eigenschaften von e-Funktionen
Beispiel:
Welche Eigenschaften hat die Funktion f mit f(x)= .
Als erstes erinnern wir uns die natürliche Exponentialfunktion f0(x)= (im Schaubild in schwarzer Farbe eingezeichnet).
Und hier wissen wir ja bereits:
- Alle Funktionswerte sind >0, also verläuft der Graph komplett über der x-Achse.
- Die Funktionswerte werden (von links nach rechts) immer größer . Die Funktion ist also streng monoton steigend.
- Für x → ∞ strebt gegen ∞ .
- Für x → - ∞ strebt gegen 0 .
Nullstellen und Faktorisieren
Beispiel:
Bestimme alle Nullstellen der Funktion f mit und gib f in Linearfaktordarstellung an.
Nullstellen sind die x-Werte, an denen der Funktionswert 0 beträgt, es muss also gelten:
f(x)=0
| = | |||
| = |
Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.
1. Fall:
| x1 | = |
2. Fall:
= 0
eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):
x2,3 =
x2,3 =
x2,3 =
x2 =
= =
x3 =
L={
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:
Anwendungen
Beispiel:
Eine neue trendy App wird veröffentlicht. Dabei kann die tägliche Downloadzahl (in K) näherungsweise für t ≥ 0 durch die Funktion f mit
- Gegen welchen Wert entwickeln sich die Downloadzahlen auf lange Sicht?
- Wann erreicht die Downloadzahl erstmals 19 (Tausend)?
- Wie viele Tausend Downloads werden zwischen Tag 0 und Tag 3 insgesamt heruntergeladen?
- 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)=
→20 - 17 e - 0,3 t 20 + 0 Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen
.20 - Erster t-Wert bei y = 19
Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=19 annimmt.
Dazu setzen wir die Funktion einfach = 19 und lösen nach t auf:
20 - 17 e - 0,3 t = 19 - 17 e - 0,3 t + 20 = 19 | - 20 - 17 e - 0,3 t = - 1 |: - 17 e - 0,3 t = 1 17 |ln(⋅) - 0,3 t = ln ( 1 17 ) |: - 0,3 t = - 1 0.3 ln ( 1 17 ) ≈ 9.444 Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 19 annimmt, ist also nach 9.44 Tage.
- 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
berechnet werden.∫ 0 3 ( 20 - 17 e - 0,3 t ) ⅆ t ∫ 0 3 ( 20 - 17 e - 0,3 t ) ⅆ t =
[ 20 x + 170 3 e - 0,3 x ] 0 3 = 20 ⋅ 3 + 170 3 e - 0,3 ⋅ 3 - ( 20 ⋅ 0 + 170 3 e - 0,3 ⋅ 0 ) =
60 + 170 3 e - 0,9 - ( 0 + 170 3 e 0 ) =
170 3 e - 0,9 + 60 - ( 0 + 170 3 ) =
170 3 e - 0,9 + 60 - ( 0 + 170 3 ) =
170 3 e - 0,9 + 60 - 170 3 =
170 3 e - 0,9 + 10 3
≈ 26,37226.37 Tausend Downloads ist also der gesuchte Zuwachs des Bestands.
