Lösung zu 1
Die -Achse wird für geschnitten.
Setze in die Funktionsgleichung ein:
Antwort: Der Schnittpunkt der Scharkurven mit der -Achse hat die Koordinaten .
Lösung zu 2
Die notwendige Bedingung für ein Extremum lautet:
Berechne die 1. Ableitung, beachte dabei die Produktregel und die Kettenregel:
Setze
Nur die Klammer kann null werden:
Die Feststellung, ob sich an der Stelle ein Extremum befindet, kann mit einer Monotonietabelle oder der 2. Ableitung erfolgen. Hier erfolgt die Überprüfung mit der 2. Ableitung:
Ist , dann hat die Scharkurve an der Stelle einen Tiefpunkt.
Ist , dann hat die Scharkurve an der Stelle einen Hochpunkt.
Berechne die 2. Ableitung, beachte dabei wieder die Produktregel und die Kettenregel:
Setze in ein:
Das Ergebnis ist vom Scharparameter abhängig, d.h. es ist eine Fallunterscheidung bzgl. des Vorzeichens von erforderlich.
Fallunterscheidung
Fall 1:
Fall 2:
Setze in ein, um die -Koordinate der Extrema zu berechnen.
Antwort: Für hat der Tiefpunkt die Koordinaten und für hat der Hochpunkt die Koordinaten .
Lösung zu 3
Betrachte zunächst . Wie verhält sich der Ausdruck , wenn sehr groß wird? Das Verhalten hängt vom Vorzeichen des Scharparameters ab, d.h. es ist eine Fallunterscheidung bzgl. des Vorzeichens von erforderlich.
Fallunterscheidung
Fall 1:
Für wächst für stärker als jede Potenz von . Der Ausdruck geht somit gegen .
Für geht für stärker gegen als . Der Ausdruck geht somit gegen .
Fall 2:
Für geht für stärker gegen als . Der Ausdruck geht somit gegen .
Für wächst für stärker als jede Potenz von . Der Ausdruck geht somit gegen .
Alle Scharkurven haben eine waagrechte Asymptote .
Lösung zu 4
Für lautet und für ist . Bekannt sind weiterhin der Schnittpunkt mit der y-Achse , der Extrempunkt und die waagrechte Asymptote . Zum Skizzieren der beiden Graphen ist es sinnvoll, noch einige Funktionswerte zu berechnen. Sie sind in den beiden folgenden Tabellen aufgelistet.
Tabelle für :
Lösung zu 5
Ein Extremum liegt vor, wenn ist.
Setze in die unter Lösung berechnete Ableitung den Wert ein:
Setze
Nur die Klammer kann null werden:
Antwort: Für hat die Scharfunktion an der Stelle ein Extremum.
Lösung zu 6
Für die Ortskurve der Extrema benötigst du die Extrempunktkoordinaten.
Das Extremum hat die Koordinaten .
Für die Berechnung der Ortskurve setzt du und .
Löse dann nach auf .
Setze in ein:
Antwort: Die Gleichung der Ortskurve lautet . Der Graph der Ortskurve ist eine Ursprungsgerade mit der Steigung .
Zur Veranschaulichung sind im folgenden Applet mehrere Scharkurven und die Ortskurve der Extrema dargestellt.