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(0|0)
  • einen Punkt mit waagrechter Tangente bei x = 1
  • Verhalten für x → -∞: f(x) → ∞
  • Verhalten für x → ∞: f(x) → ∞

Lösung einblenden

Als erstes stellen wir einen Term auf, der die geforderten Nullstellen besitzt. Dazu bekommt jede Nullstelle ihren Linearfaktor, also f(x)= x +0 .

Der Punkt mit waagrechter Tangente bei x = 1 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 f(x)= ( x +0 ) · ( x -1 ) 2

Jetzt betrachten wir das Verhalten für x → ± ∞ :

Da sowohl für x → -∞ wie auch für x → +∞ : f(x) → +∞ gilt, muss unser gesuchter Term einen geraden Grad haben.
Unser bisheriger Term x ( x -1 ) 2 = x 3 -2 x 2 + x hat aber einen ungeraden Grad. Deswegen könnten wir ihn beispielsweise noch mit x multiplizieren, so dass er dann einen geraden Grad bekommt: x ( x -1 ) 2 · x = x 4 -2 x 3 + x 2 .

Unser Term x ( x -1 ) 2 · x = x 4 -2 x 3 + x 2 erfüllt nun alle geforderten Eigenschaften.

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Dieser funktionierende Term ist im roten Graphen eingezeichnet

Eigenschaften von e-Funktionen

Beispiel:

Welche Eigenschaften hat die Funktion f mit f(x)= e -x .

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

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)= 3 x 5 -21 x 4 +36 x 3 und gib f in Linearfaktordarstellung an.


Lösung einblenden

Nullstellen sind die x-Werte, an denen der Funktionswert 0 beträgt, es muss also gelten:

f(x)=0

3 x 5 -21 x 4 +36 x 3 = 0
3 x 3 ( x 2 -7x +12 ) = 0

Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

1. Fall:

x 3 = 0 | 3
x1 = 0

2. Fall:

x 2 -7x +12 = 0

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

x2,3 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · 12 21

x2,3 = +7 ± 49 -48 2

x2,3 = +7 ± 1 2

x2 = 7 + 1 2 = 7 +1 2 = 8 2 = 4

x3 = 7 - 1 2 = 7 -1 2 = 6 2 = 3

L={0; 3 ; 4 }

0 ist 3-fache Lösung!

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:

f(x)= 3 x 3 · ( x -4 ) · ( x -3 ) = 3 x 5 -21 x 4 +36 x 3

Anwendungen

Beispiel:

Eine neue trendy App wird veröffentlicht. Dabei kann die tägliche Downloadzahl (in K) näherungsweise für t ≥ 0 durch die Funktion f mit f(t)= 30 +21 e -0,7t beschrieben werden; f(t) in Tausend Downloads, t in Tagen nach Beobachtungsbeginn bzw. Veröffentlichung.

  1. Wie viele Downloads (in Tausend) werden am Tag 3 heruntergeladen?.
  2. Gegen welchen Wert entwickeln sich die Downloadzahlen auf lange Sicht?
  3. Wann erreicht die Downloadzahl erstmals 35 (Tausend)?

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
  1. y-Wert bei t = 3

    Gesucht ist der Funktionswert zur Zeit t=3. Wir berechnen also einfach f(3) = 30 +21 e -0,73 = 21 e -2,1 +30 ≈ 32.6


  2. 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 +21 e -0,7t 30 +0

    Das langfristige Verhalten der Funktionswerte geht also gegen 30 .

  3. Erster t-Wert bei y = 35

    Gesucht sind die Zeitpunkte, an denen die Funktion die Werte y=35 annimmt.

    Dazu setzen wir die Funktion einfach = 35 und lösen nach t auf:

    30 +21 e -0,7t = 35
    21 e -0,7t +30 = 35 | -30
    21 e -0,7t = 5 |:21
    e -0,7t = 5 21 |ln(⋅)
    -0,7t = ln( 5 21 ) |:-0,7
    t = - 1 0.7 ln( 5 21 ) ≈ 2.0501

    Der erste Zeitpunkt an dem die die Funktion den Wert 35 annimmt, ist also nach 2.05 Tage.