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)
- einen Punkt mit waagrechter Tangente bei x = 4
- Schnittpunkt mit der y-Achse: Sy(0|32)
Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also .
Der Punkt mit waagrechter Tangente bei x = 4 erhalten wir am einfachsten mit einer doppelten Nullstelle, weil eine doppelte Nullstelle ja immer nur die x-Achse berührt, ohne sie zu überschreiten. Dadurch liegt an einer doppelten Nullstelle stets ein Extrempunkt, also ein Punkt mit waagrechter Tangente vor.
Als neuen Term erhalten wir somit
Um den y-Achsenabschnitt Sy(0|32) zu überprüfen, setzen wir jetzt einfach x=0 in unseren bisherigen Term ein:
f(0) = =
Wir müssen somit unseren Term noch mit dem Koeffizienten multiplizieren, damit wir den gegebenen y-Achsenabschnit erhalten:
f(0) = =
Da also auch der y-Achsenabschnit passt, haben wir nun einen fertigen Funktionsterm .
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).
Am negativen Koeffizient vor dem erkennen wir, dass der Graph gegenüber dem der natürlichen Exponentialfunktion an der x-Achse gespiegelt (und noch in y-Richtung gestreckt) wurde. Daraus ergeben sich folgende Aussagen:
- Alle Funktionswerte werden so <0, also verläuft der Graph komplett unter der x-Achse.
- Die Funktionswerte werden zwar (wie bei ) betragsmäßig immer größer, durch das negative Vorzeichen aber immer kleiner. Die Funktion ist also streng monoton fallend.
- Während für x → ∞ auch gegen ∞ strebt, strebt der gespiegelte Term gegen - ∞.
- Wie strebt für x → -∞ auch gegen 0 (nur eben von unten statt von oben).
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 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 10 (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)=
→15 - 10 e - 0,7 t 15 + 0 Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen
.15 - Erster t-Wert bei y = 10
Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=10 annimmt.
Dazu setzen wir die Funktion einfach = 10 und lösen nach t auf:
15 - 10 e - 0,7 t = 10 - 10 e - 0,7 t + 15 = 10 | - 15 - 10 e - 0,7 t = - 5 |: - 10 e - 0,7 t = 1 2 |ln(⋅) - 0,7 t = ln ( 1 2 ) |: - 0,7 t = - 1 0.7 ln ( 1 2 ) ≈ 0.9902 Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 10 annimmt, ist also nach 0.99 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 ( 15 - 10 e - 0,7 t ) ⅆ t ∫ 0 3 ( 15 - 10 e - 0,7 t ) ⅆ t =
[ 15 x + 100 7 e - 0,7 x ] 0 3 = 15 ⋅ 3 + 100 7 e - 0,7 ⋅ 3 - ( 15 ⋅ 0 + 100 7 e - 0,7 ⋅ 0 ) =
45 + 100 7 e - 2,1 - ( 0 + 100 7 e 0 ) =
100 7 e - 2,1 + 45 - ( 0 + 100 7 ) =
100 7 e - 2,1 + 45 - ( 0 + 100 7 ) =
100 7 e - 2,1 + 45 - 100 7 =
100 7 e - 2,1 + 215 7
≈ 32,46432.46 Tausend Downloads ist also der gesuchte Zuwachs des Bestands.
