Gegeben ist die Funktion mit .
Gib die Definitionsmenge , die Gleichung aller Asymptoten und das Verhalten an den Rändern des Definitionsbereichs an.
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Bei der Bestimmung der Definitionsmenge musst du hier zweierlei Sachen beachten:
- Den Nenner der Funktion.
- Die -Funktion im Zähler.
Die Definitionslücke im Nenner entspricht der Nullstelle im Nenner. In unserem Fall also:
Die Definitionsmenge der -Funktion ist . Da das Argument des natürlichen Logarithmus ist, kann es nie negativ werden. Die einzige Stelle, an der es Probleme gibt, ist die Null. Da diese bereits ausgeschlossen ist, lautet der Definitionsbereich
Verhalten an den Rändern des Definitionsbereichs
Um die Gleichung aller Asymptoten leicht angeben zu können, untersuchst du zuerst das Verhaten an den Rändern des Definitionsbereichs.Die Ränder sind
- und
- und (Also annähernd an die Null von rechts bzw. von links)
Die Formelsammlung oder Merkhilfe liefert
Für gilt , da das Quadrat innen den Verlauf des Logarithmus nicht verändert. Teilt man durch ein sehr kleines , also eine Zahl die fast 0 ist, so wird der Betrag des Ergebnisses sogar nochmal größer. Insgesamt gilt deshalb:
Asymptotengleichungen
Die senkrechten Asymptoten lassen sich aus der Definitionsmenge ableiten, Die waagerechte Asymptote kannst du hier aus dem Verhalten im Unendlichen ableiten.
senkrechte Asymptote: waagerechte Asymptote:
Untersuche die angegebene Funktion auf Symmetrie.
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Um diese Aufgabe zu lösen, brauchst du Wissen zur Symmetrie von Graphen.
Setze in die Funktion ein.
Hat einen geraden Exponenten, so kann das Minus weggelassen werden. Bei einem ungeraden Exponenten zieht man das Minus nach vorne.
Vergleiche mit .
Insgesamt gilt also und damit ist die Funktion punktsymmetrisch.
Untersuche die Funktion auf gemeinsame Punkte mit den Koordinatenachsen.
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Um diese Aufgabe zu lösen, musst du wissen, wie man die Schnittpunkte mit beiden Koordinatenachsen berechnet.
Schnittpunkt mit der y-Achse
Der Schnittpunkt mit der y-Achse ist dort, wo der x-Wert 0 ist. Er hat die Form und wird berechnet, indem man einsetzt.
Da man weder durch teilen darf, noch in den einsetzen darf, gibt es diesen Funktionswert nicht. Es gibt also keinen Schnittpunkt mit der y-Achse.
Schnittpunkte mit der x-Achse
Die Schnittpunkte mit der x-Achse sind die Nullstellen. Sie haben die Form Berechne sie, indem du die Funktion mit 0 gleichsetzt.
Setze den Funktionsterm gleich 0.
Umformung: \cdot x
keinen Nenner mehr gibt.
Umformung: \cdot e^0
Löse den mithilfe seiner Umkehrfunktion auf.
Berechne .
Umformung: \pm\sqrt{ }
Ziehe die Wurzel. Beachte, dass es sowohl eine positive als auch eine negative Lösung geben kann.
Die zwei Schnittpunkte mit der x-Achse sind und .
Untersuche das Monotonieverhalten der Funktion und gib Lage und Art aller Extremstellen an.
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Zur Lösung der Aufgabe musst du das Monotonieverhalten bestimmen.In dieser Aufgabe bestimmst du das Verhalten mithilfe einer Monotonietabelle,natürlich ist es auch mithilfe der 2. Ableitung möglich.
1. Ableitung bilden
Zum Ableiten benötigst du
- die Quotientenregel, wegen des Bruches.
- die Ableitung vom .
- die Kettenregel, wegen des im .
Wende zuerst die Quotientenregel an. () bedeutet die Ableitung von .
Die Ableitung von ist .Bide die Ableitung von mithilfe der Kettenregel und der Ableitungsregel vom .
Verrechne.
Nullstellen der Ableitung bestimmen
Die Nullstellen der ersten Ableitung sind die Punkte, in der die Funktion die Steigung Null und somit waagerechte Tangenten besitzt. Diese Punkte sind die Kandidaten für die Extremstellen.
Setze die Ableitung gleich 0.
Umformung: \cdot x^2
Multipliziere mit , um den Nenner zu entfernen.
Umformung: +\ln\left(x^2\right)
Bringe den isoliert auf eine Seite.
Umformung: e^{ }
Verwende die Logarithmus-Rechenregel:
Umformung: \sqrt{ }
Ziehe auf beiden Seiten die Wurzel.
Es gibt also die zwei Extremstellen-Kandidaten und .
Monotonietabelle
In der Monotonietabelle betrachtest du jeweils die Bereiche links und rechts von deiner Extremstelle und Polstellen untersuchst, wie sich die Ableitung und somit die Steigung in diesen Bereichen verhält.
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| smf | TIP | sms | POL | sms | HOP | smf |
smf= streng monoton fallend sms= streng monoton steigend TIP= Tiefpunkt/Minimum HOP= Hochpunkt/Maximum POL= Polstelle der Funktion
Lage und Art der Extremstellen
Die x-Koordinate und die Art der Extremstelle ergibt sich direkt aus der Erstellung der Tabelle.
Die Nullstellen und der Ableitung liefern jeweils einen Extrempunkt. Die Tabelle sagt dir ausßerdem, dass bei ein Hochpunkt liegt und bei ein Tiefpunkt.
Um die Lage der Extremstelle anzugeben, muss noch die y-Koordinate berechnet werden. Setze dazu in die Funktion ein:
Hochpunkt:
TiefpunktDer Tiefpunkt kann auch mittels ausgerechnet werden. Du kannst aber auch die Punktsymmetrie ausnutzen:
Zeige, dass eine Stammfunktion von ist und bestimme den Funktionsterm derjenigen Stammfunktion, die durch den Punkt verläuft.
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Um zu zeigen, dass eine Funktion Stammfunktion einer anderen Funktion ist, ist es am einfachsten, den Stammfunktionskandidaten abzuleiten.
Zur Ableitung benötigst du zweimal die Kettenregel und die Ableitungsregel des .
Berechne.
Ja, F ist eine Stammfunktion von f.
Gesucht ist nun die Stammfunktion, die durch den Punkt verläuft.
Alle Stammfunktionen von f haben für die Gestalt
Setze den Punkt in die allgemeine Stammfunktion ein:
Berechne auf der rechten Seite mithilfe von .
Gesucht ist also die Stammfunktion