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(-1|0) und N2(0|0)
  • Verhalten für x → -∞: f(x) → ∞

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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 +1 ) · ( x +0 ) .

Jetzt betrachten wir das Verhalten für x → ± ∞ :

Da unser Term ( x +1 ) x = x 2 + x für x → -∞ gegen +∞ strebt, erfüllt er nun alle geforderten Eigenschaften.

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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).

Da bei e -x einfach das x von e x durch ein -x ersetzt wurde, erhält man den Graph von e -x indem man den der natürlichen Exponentialfunktion an der y-Achse spiegelt. Daraus ergeben sich folgende Aussagen:

  • Alle Funktionswerte bleiben so >0, also verläuft der Graph komplett über der x-Achse.
  • Die Funktionswerte werden (von links nach rechts) immer kleiner . Die Funktion ist also streng monoton fallend.
  • Wie e x für x → -∞ strebt e -x für x → ∞ gegen 0.
  • Wie e x für x → ∞ strebt e -x für x → -∞ gegen ∞ .

Nullstellen und Faktorisieren

Beispiel:

Bestimme alle Nullstellen der Funktion f mit f(x)= 2 x 2 +12x +18 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

2 x 2 +12x +18 = 0 |:2

x 2 +6x +9 = 0

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

x1,2 = -6 ± 6 2 -4 · 1 · 9 21

x1,2 = -6 ± 36 -36 2

x1,2 = -6 ± 0 2

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

x = -6 2 = -3

L={ -3 }

-3 ist 2-fache Lösung!

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:

f(x)= 2 ( x +3 ) 2 = 2 x 2 +12x +18

Anwendungen

Beispiel:

Die momentane Wachstumsrate der Höhe eines Baums kann für t ≥ 0 näherungsweise durch die Funktion f mit f(t)= 30 -30 e -0,6t beschrieben werden (t in Jahren nach Beobachtungsbeginn, f(t) in Dezimeter pro Jahr).
Zu Beginn ist der Baum 3 Dezimeter hoch.

  1. Wie groß ist die Wachstumsgeschwindigkeit auf lange Sicht?
  2. Wann beträgt die Wachstumsgeschwindigkeit erstmals 23 dm pro Jahr?
  3. Um wie viele Dezimeter ist der Baum zwischen Jahr 0 und Jahr 3 gewachsen?

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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)= 30 -30 e -0,6t 30 +0

    Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen 30 .

  2. 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 -30 e -0,6t = 23
    -30 e -0,6t +30 = 23 | -30
    -30 e -0,6t = -7 |:-30
    e -0,6t = 7 30 |ln(⋅)
    -0,6t = ln( 7 30 ) |:-0,6
    t = - 1 0.6 ln( 7 30 ) ≈ 2.4255

    Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 23 annimmt, ist also nach 2.43 Jahre.

  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 ( 30 -30 e -0,6t ) t berechnet werden.

    0 3 ( 30 -30 e -0,6t ) t

    = [ 30x +50 e -0,6x ] 0 3

    = 303 +50 e -0,63 - ( 300 +50 e -0,60 )

    = 90 +50 e -1,8 - (0 +50 e 0 )

    = 50 e -1,8 +90 - (0 +50 )

    = 50 e -1,8 +90 -50

    = 50 e -1,8 +40


    ≈ 48,265

    48.26 dm ist also der gesuchte Zuwachs des Bestands.