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:
- gemeinsame Punkte mit der x-Achse: N1(-2|0) und N2(0|0)
- Verhalten für x → -∞: f(x) → -∞
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 → ± ∞ :
Da bei unserem bisherigen Term
=
für x → -∞ : f(x) gegen -∞ und nicht wie
gefordert gegen +∞ strebt, müssen wir den Term noch mit -1 multiplizieren, damit er alle Eigenschaften erfüllt:
=
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
| = | |||
| = |
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:
|
|
= | |
|
Diese Gleichung hat keine (reele) Lösung!
u2:
|
|
= | |
|
|
| x2 | = |
|
=
|
| x3 | = |
|
=
|
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:
Wenn wir den substituierten Term
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 31 (Tausend)?
- Wie viele Tausend Downloads wurden insgesamt nach den ersten 3 Tagen 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)=
→40 - 20 e - 0,4 t 40 + 0 Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen
.40 - Erster t-Wert bei y = 31
Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=31 annimmt.
Dazu setzen wir die Funktion einfach = 31 und lösen nach t auf:
40 - 20 e - 0,4 t = 31 - 20 e - 0,4 t + 40 = 31 | - 40 - 20 e - 0,4 t = - 9 |: - 20 e - 0,4 t = 9 20 |ln(⋅) - 0,4 t = ln ( 9 20 ) |: - 0,4 t = - 1 0.4 ln ( 9 20 ) ≈ 1.9963 Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 31 annimmt, ist also nach 2 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 ( 40 - 20 e - 0,4 t ) ⅆ t Wir berechenn also zuerst das Integral:
∫ 0 3 ( 40 - 20 e - 0,4 t ) ⅆ t =
[ 40 x + 50 e - 0,4 x ] 0 3 = 40 ⋅ 3 + 50 e - 0,4 ⋅ 3 - ( 40 ⋅ 0 + 50 e - 0,4 ⋅ 0 ) =
120 + 50 e - 1,2 - ( 0 + 50 e 0 ) =
50 e - 1,2 + 120 - ( 0 + 50 ) =
50 e - 1,2 + 120 - 50 =
50 e - 1,2 + 70
≈ 85,06Jetzt haben wir den Zuwachs und müssen nur noch den Anfangsbestand addieren:
B(3)≈ 0 + 85.06 = 85.0685.06 Tausend Downloads ist also der gesuchte Bestand zur Zeit t=3.
