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

Lösung einblenden

Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also f(x)= x +1 .

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: f(x)= ( x +1 ) · e -x . Jetzt strebt auch tatsächlich für x → -∞ : f(x) gegen -∞, so dass wir einen gesuchten Term gefunden haben:
f(x)= ( x +1 ) · e -x

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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).

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 e x gegen ∞ .
  • Für x → - ∞ strebt e x gegen 0 .

Nullstellen und Faktorisieren

Beispiel:

Bestimme alle Nullstellen der Funktion f mit f(x)= 3 x 3 -6 x 2 -24x 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 -6 x 2 -24x = 0
3 x ( x 2 -2x -8 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x 2 -2x -8 = 0

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

x2,3 = +2 ± ( -2 ) 2 -4 · 1 · ( -8 ) 21

x2,3 = +2 ± 4 +32 2

x2,3 = +2 ± 36 2

x2 = 2 + 36 2 = 2 +6 2 = 8 2 = 4

x3 = 2 - 36 2 = 2 -6 2 = -4 2 = -2

L={ -2 ; 0; 4 }

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 -4 ) · ( x +2 ) = 3 x 3 -6 x 2 -24x

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)= 20 -17 e -0,3t 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 19 (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)= 20 -17 e -0,3t 20 +0

    Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen 20 .

  2. 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 -0,3t = 19
    -17 e -0,3t +20 = 19 | -20
    -17 e -0,3t = -1 |:-17
    e -0,3t = 1 17 |ln(⋅)
    -0,3t = 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.

  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 ( 20 -17 e -0,3t ) t berechnet werden.

    0 3 ( 20 -17 e -0,3t ) t

    = [ 20x + 170 3 e -0,3x ] 0 3

    = 203 + 170 3 e -0,33 - ( 200 + 170 3 e -0,30 )

    = 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


    ≈ 26,372

    26.37 Tausend Downloads ist also der gesuchte Zuwachs des Bestands.