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(2|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:
|
|
= |
Diese Gleichung kann durch Substitution auf eine quadratische Gleichung zurückgeführt werden!
Setze u =
Draus ergibt sich die quadratische Gleichung:
eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):
u1,2 =
u1,2 =
u1,2 =
u1 =
u2 =
Rücksubstitution:
u1:
|
|
= | |
|
|
| x2 | = |
|
=
|
| x3 | = |
|
=
|
u2:
|
|
= | |
|
|
| x4 | = |
|
=
|
| x5 | = |
|
=
|
L={
Eine Mehrfachheit der Nullstellen muss natürlich auch in der faktorisierten Darstellung berücksichtigt werden.
Somit gilt für die faktorisierte Darstellung:
Anwendungen
Beispiel:
Die momentane Wachstumsrate der Höhe eines Baums kann für 0 ≤ t ≤ 6 näherungsweise durch die Funktion f mit
Zu Beginn ist der Baum 4 Dezimeter hoch.
- Bestimme die Wachstumsgeschwindigkeit nach 5 Jahren?
- Wann beträgt die Wachstumsgeschwindigkeit erstmals
dm pro Jahr?14 3 - Wie hoch ist der Baum nach 3 Jahren?
- y-Wert bei t = 5
Gesucht ist der Funktionswert zur Zeit t=5. Wir berechnen also einfach f(5) =
=2 3 ⋅ 5 2 - 4 ⋅ 5 + 8 ≈ 4.714 3
- Erster t-Wert bei y =
14 3 Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=
annimmt.14 3 Dazu setzen wir die Funktion einfach =
und lösen nach t auf:14 3 2 3 t 2 - 4 t + 8 = 14 3 |⋅ 3 3 ( 2 3 t 2 - 4 t + 8 ) = 14 2 t 2 - 12 t + 24 = 14 | - 14 2 t 2 - 12 t + 10 = 0 |:2 = 0t 2 - 6 t + 5 eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):
t1,2 =
+ 6 - 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 4 und dem Integral
berechnet werden.∫ 0 3 ( 2 3 t 2 - 4 t + 8 ) ⅆ t Wir berechenn also zuerst das Integral:
∫ 0 3 ( 2 3 t 2 - 4 t + 8 ) ⅆ t =
[ 2 9 x 3 - 2 x 2 + 8 x ] 0 3 = 2 9 ⋅ 3 3 - 2 ⋅ 3 2 + 8 ⋅ 3 - ( 2 9 ⋅ 0 3 - 2 ⋅ 0 2 + 8 ⋅ 0 ) =
2 9 ⋅ 27 - 2 ⋅ 9 + 24 - ( 2 9 ⋅ 0 - 2 ⋅ 0 + 0 ) =
6 - 18 + 24 - ( 0 + 0 + 0 ) =
12 + 0 =
12 Jetzt haben wir den Zuwachs und müssen nur noch den Anfangsbestand addieren:
B(3)≈ 4 + 12 = 1616 dm ist also der gesuchte Bestand zur Zeit t=3.
- Bestand zur Zeit 3
