Aufgaben

Welcher Funktionsterm gehört zum Graph?

Stimmt nicht :( Der Graph dieser Funktion wäre nicht achsensymmetrisch bezüglich der y-Achse, da ein Exponent (bei %%x^5%%) eine ungerade Zahl ist.

Das kann nicht stimmen, da der Graph der Funktion %%f(x)=-x^4%% nach unten geöffnet ist.

Das stimmt nicht ganz. Der Graph schaut zwar ähnlich aus geht aber durch den Punkt (1|2). Der Graph mit dem Funktionsterm %%x^2%% verläuft durch den Punkt (1|1),

Sehr gut! Der Funktionsgraph ist achsensymmetrisch bezüglich der y-Achse und geht durch den Punkt (1|2).

Untersuche den Graphen %%G_f%% der Funktion %%f%% mit %%f(x) = -3x^4-2x^2+5%% soweit, sodass du ihn zeichnen kannst.

Ohne Wertetabelle ist es immer geschickt, sich über den Verlauf des Graphens Gedanken zu machen. Hilfreich hierbei sind vor allem erst einmal Nullstellen. Danach schaust du dir das Verhalten der Funktion im Unendlichen an. Um die Nullstellen herauszufinden gibt es zwei Möglichkeiten. Einmal kann man sie bei Polynomen mit einem Grad größer als zwei mit derPolynomdivision herausfinden oder bei dem Grad vier bietet sich auch die Substitution an.

Lösung 1: mit Polynomdivision

1. Schritt: Nullstellen raten

Schaue dir beim raten von Nullstellen die letzte Ziffer ohne ein %%x%% an, wie kannst du die %%5%% in ein Produkt aufteilen? Zum Beispiel in %%1%% und %%5%%.
Probiere es mit %%1%%:
$$f(1) = -3\cdot 1^4 -2 \cdot 1^2 + 5 = 0$$
Super, eine Nullstelle gefunden!

2. Schritt: Polynomdivision um weitere Nullstellen zu finden

$$(-3x^4-2x^2+5):(x-1) = -3x^3-3x^2-5x-5$$ Du weißt nicht mehr wie das geht? Schaue hier: Polynomdivision.
Jetzt liegt hier eine Polynomfunktion dritten Grades vor, du musst die Polynomdivision also nochmal durchführen.
Dazu rätst du die nächste Nullstelle, diese ist %%-1%%.
$$(-3x^3-3x^2-5x-5):(x+1) = -3x^2-5$$
Nun musst du nur noch %%-3x^2-5%% nach einer weiteren Nullstelle untersuchen.

$$-3x^2-5 = 0$$

$$-3x^2 = 5$$

$$x^2 = \frac {5}{-3}$$

Jetzt sollte man die Wurzel ziehen um auf das %%x%% zu kommen. Dann würde aber etwas negatives unter der Wurzel stehen, dies ist nicht erlaubt. Also gibt es keine weitere Nullstelle.

3. Schritt: Verhalten im Unendlichen

Setze jetzt überall da wo in der Funktion ein %%x%% steht ein %%\infty%% bzw. %%-\infty%% ein und schaue was raus kommt. Allerdings darfst du das nur in Anführungszeichen schreiben, da dies eigentlich keine mathematische Ausdrucksweise ist und somit nur eine inoffizielle Lösung aber eine gute Hilfe um sich das besser vorstellen zu können.

$$"f(\infty)=-3\cdot \infty^4-2\cdot \infty^2+5"$$

Schaue dir jetzt das Vorzeichen vor dem höchsten Exponenten/Grad an: hier steht ein Minus. Also kommt insgesamt Minus Unendlich raus.

$$\lim_{x\rightarrow\infty}f(x)\;=\;-\infty$$

$$"f(-\infty)=-3\cdot(-\infty)^4-2\cdot(-\infty)^2+5"$$

Bei geraden Exponenten wird das Minus in der Klammer wieder zu einem Plus und du kommst auf das selbe Ergebnis.

$$\lim_{x\;\rightarrow-\infty}f(x)\:=-\infty$$

Der Verlauf ist also "von unten nach unten".

4. Schritt: Symmetrie

Es können drei Fälle eintreten: Achsensymmetrie, Punktsymmetrie, keine Symmetrie.
Ersetze dafür jedes %%x%% mit einem %%-x%%.

$$f(-x)=-3\cdot(-x)^4-2\cdot(-x)^2+5$$

Jetzt musst du dir die Exponenten/Potenzen anschauen, hier sind das nur gerade, also fallen unsere Minuszeichen vor den %%x%% weg. Damit bist du wieder bei der Funktion gelandet.

$$f(-x)=f(x)$$

Welche Symmetrie war das? Richtig, die Achsensymmetrie.

5. Schritt: y-Achsen Abschnitt

Um den Schnittpunkt einer Funktion mit der y-Achse zu ermitteln, muss für den %%x%%-Wert %%0%% eingesetzt werden. $$f(0)=-3\cdot 0^4 -2\cdot 0^2 + 5= 5$$

6. Schritt: Graphen zeichnen

Graph von f (x)

Lösung 2: durch Substitution

Bei der Substitution wird in einem Term ein Teil (z.B. %%x^2%%) durch einen neuen Term (z.B. %%z%%) ersetzt.

$$f(x)=-3x^4-2x^2+5$$

Ersetze nun jedes %%x^2%% mit %%z%%.

$$f(z)=-3z^2-2z+5$$

Aus dieser quadratischen Funktion kannst du jetzt die Nullstellen mit Hilfe der Mitternachtsformel ausrechnen.

%%z_1=-\frac{5}{3}%% und %%z_2=1%%

Nun musst du rücksubstituieren.

$$z_1=(x_1)^2$$
$$z_2=(x_2)^2$$

Um auf %%x_1%% und %%x_2%% zu kommen musst du also die Wurzel aus %%z_1%% und %%z_2%% ziehen. Das funktioniert allerdings nur bei %%z_2%%, da %%z_1%% negativ ist.
Aber Achtung: Nur die Wurzel ziehen ist keine Äquivalenzumformung, deshalb musst du die %%\pm\sqrt{z}%% ziehen.

$$x_1=1$$ $$x_2=-1$$

So bist du wieder bei den Nullstellen von oben angekommen und kannst bei Schritt 3: Verhalten im Unendlichen weiter machen.

Zeichne die Graphen der folgenden Funktionen:

Zu text-exercise-group 13939: Aufgabe 9
chdieter 2016-05-23 14:46:24
Aufgabe sollte bestenfalls im Abschnitt "quadratische Funktionen" erscheinen. Noch fehlen die Lösungen. Außerdem: zwei Teilaufgaben sind identisch.
Antwort abschicken

%%\mathrm f\left(\mathrm x\right)=-3\mathrm x^2%%

%%\mathrm f\left(\mathrm x\right)=\mathrm x^2-2%%

Skizziere den Graphen %%G_f%% der Funktion %%f%% mit %%f(x)=-3x^4+2x^2+5%% nur durch Überlegung und ohne Wertetabelle.

Zuerst wird die Funktion in die einzelnen Terme aufgeteilt.

Betrachte %%-3x^4%%. Das Vorzeichen sagt dir, dass eine nach unten geöffnete Polynomfunktion vierten Grades vorliegt. Diese ist durch den Faktor 3 relativ schmal.
Da hier der höchste Exponent der Funktion vorliegt, sieht die Funktion nach außen betrachtet aus, wie eine Funktion vierten Grades.

Betrachte %%+2x^2%%. Das Vorzeichen sagt dir, dass eine nach oben geöffnete Parabel vorliegt, die durch den Faktor 2 ebenfalls etwas schmaler wird.
Da hier der kleinste Exponent vorliegt, sieht die Funktion bei kleinen x-Werten, also in der Umgebung von Null, so aus wie eine Parabel.

Betrachte %%+5%%. Hier liegt keine Verknüpfung mit einem x vor, deswegen ist die 5 die Verschiebung auf der y-Achse, und zwar in die positive Richtung.

Es liegen also nur gerade Exponenten/Potenzen vor. Dies sagt dir, dass der Graph symmetrisch ist.

Die Terme wieder zusammen in der Funktion ergibt dann das:

Graph zu -3x^4+2x^2+5

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