Aufgabenbeispiele von allgemein
Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen
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:
. Weil jetzt aber für x → -∞ : f(x) → -∞ streben würde, es ja aber gegen +∞ streben soll, spiegeln wir einfach die Funktion an der x-Achse,
indem wir den Term mit -1 multiplizieren und erhalten so:
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).
Da bei
einfach das x von
durch ein 'x
- Alle Funktionswerte bleiben so >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.
- Wie strebt auch für x → ∞ gegen ∞ .
- Wie strebt auch für x → -∞ 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
| = | | | ||
| = | |: | ||
| = | | | ||
| x1 | = |
|
=
|
| x2 | = |
|
=
|
L={
Eine Mehrfachheit der Nullstellen muss natürlich auch in der faktorisierten Darstellung berücksichtigt werden.
Auch der ausgeklammerte (oder wegdividierte) Faktor 2 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
- Wie viele Downloads (in Tausend) werden am Tag 3 heruntergeladen?.
- Gegen welchen Wert entwickeln sich die Downloadzahlen auf lange Sicht?
- Wann erreicht die Downloadzahl erstmals 8 (Tausend)?
- Wie viele Tausend Downloads wurden insgesamt nach den ersten 3 Tagen heruntergeladen?
- y-Wert bei t = 3
Gesucht ist der Funktionswert zur Zeit t=3. Wir berechnen also einfach f(3) =
=20 - 19 e - 0,5 ⋅ 3 ≈ 15.8- 19 e - 1,5 + 20
- 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 - 19 e - 0,5 t 20 + 0 Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen
.20 - Erster t-Wert bei y = 8
Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=8 annimmt.
Dazu setzen wir die Funktion einfach = 8 und lösen nach t auf:
20 - 19 e - 0,5 t = 8 - 19 e - 0,5 t + 20 = 8 | - 20 - 19 e - 0,5 t = - 12 |: - 19 e - 0,5 t = 12 19 |ln(⋅) - 0,5 t = ln ( 12 19 ) |: - 0,5 t = - 1 0.5 ln ( 12 19 ) ≈ 0.9191 Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 8 annimmt, ist also nach 0.92 Tage.
- Bestand zur Zeit 3
Gesucht ist ja der Bestands zur Zeit t=3 und weil ja f die Änderungsrate des Bestands angibt, kann der Bestands zur Zeit t=3 als Summe vom Anfangsbestand 0 und dem Integral
berechnet werden.∫ 0 3 ( 20 - 19 e - 0,5 t ) ⅆ t Wir berechenn also zuerst das Integral:
∫ 0 3 ( 20 - 19 e - 0,5 t ) ⅆ t =
[ 20 x + 38 e - 0,5 x ] 0 3 = 20 ⋅ 3 + 38 e - 0,5 ⋅ 3 - ( 20 ⋅ 0 + 38 e - 0,5 ⋅ 0 ) =
60 + 38 e - 1,5 - ( 0 + 38 e 0 ) =
38 e - 1,5 + 60 - ( 0 + 38 ) =
38 e - 1,5 + 60 - 38 =
38 e - 1,5 + 22
≈ 30,479Jetzt haben wir den Zuwachs und müssen nur noch den Anfangsbestand addieren:
B(3)≈ 0 + 30.479 = 30.47930.48 Tausend Downloads ist also der gesuchte Bestand zur Zeit t=3.
