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Versch./Streck. Extrempkt (ohne x-Streckung)

Beispiel:

Der Graph einer Funktion f besitzt einen Hochpunkt H(-5|2). Für die Funktion g gilt : g(x) = f(x -3)

Gib einen Extrempunkt des Graphen von g an.

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Da g(x) = f(x -3) gilt, geht der (rote) Graph von g durch Verschiebung um 3 in x-Richtung - also um 3 nach rechts - aus dem (schwarzen) Graph von f hervor.

Der Hochpunkt H bleibt also ein Hochpunkt H, der x-Wert wird jedoch um 3 nach rechts verschoben.

Somit besitzt der Graph von g einen Hochpunkt H(-2|2).

Der abgebildete Graph ist natürlich nur einer von unendlich vielen möglichen.

Der schwarz gezeichnete Graph ist der Originalgraph von f(x)= - ( x +5 ) 2 +2 , der rot gezeichneten Graph gehört zu g(x) = f(x -3) = - ( x +2 ) 2 +2 .

Verschiebung/Streckung Extrempunkte

Beispiel:

Der Graph einer Funktion f besitzt einen Tiefpunkt T(2|-2). Für die Funktion g gilt : g(x) = f(x) +1

Gib einen Extrempunkt des Graphen von g an.

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Da g(x) = f(x) +1 gilt, geht der (rote) Graph von g durch Verschiebung um 1 in y-Richtung - also um 1 nach oben - aus dem (schwarzen) Graph von f hervor.

Der Tiefpunkt T bleibt also ein Tiefpunkt T, der y-Wert wird jedoch um 1 nach oben verschoben.

Somit besitzt der Graph von g einen Tiefpunkt T(2|-1).

Der abgebildete Graph ist natürlich nur einer von unendlich vielen möglichen.

Der schwarz gezeichnete Graph ist der Originalgraph von f(x)= ( x -2 ) 2 -2 , der rot gezeichneten Graph gehört zu g(x) = f(x) +1 = ( x -2 ) 2 -1 .

Versch./Streck. Extrempkt (2-fach)

Beispiel:

Der Graph einer Funktion f besitzt einen Tiefpunkt T(-1|-5). Für die Funktion g gilt : g(x) = - f( 1 2 ⋅ x)

Gib einen Extrempunkt des Graphen von g an.

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Der (blaue) Graph von f( 1 2 ⋅ x) geht durch Streckung um 2 in x-Richtung aus dem (schwarzen) Graph von f hervor. Der (blaue) Graph von f( 1 2 ⋅ x) hat dann seinen Tiefpunkt T bei x = -2.

Da g(x) = - f( 1 2 ⋅ x) gilt, geht dann der (rote) Graph von g durch Spiegelung an der x-Achse aus dem (blauen) Graph von f hervor.

Der Tiefpunkt T wird also zu einem Hochpunkt H, der y-Wert wird dabei auf die andere Seite der x-Achse gespiegelt.

Somit besitzt der Graph von g einen Hochpunkt H(-2|5).

Der abgebildete Graph ist natürlich nur einer von unendlich vielen möglichen.

Extrempunkte (ohne MNF)

Beispiel:

Berechne die Koordinaten aller Extrempunkte des Graphen von f mit f(x)= x 2 +2x -1 :

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f(x)= x 2 +2x -1

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

=>f'(x)= 2x +2 +0

= 2x +2

f''(x)= 2 +0

= 2

Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

(Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

2x +2 = 0 | -2
2x = -2 |:2
x = -1

Die Lösung x= -1 ist nun der einzige Kandidat für eine Extremstelle.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f''(x0)<0).
Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f'(x0)>0).

f''(-1 ) = 2 = 2 = 2 >0

Das heißt bei x = -1 ist ein Tiefpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(-1 ) = ( -1 ) 2 +2( -1 ) -1 = -2
Man erhält so den Tiefpunkt T:(-1 | -2 )

Extrempunkte (ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Koordinaten aller Extrempunkte des Graphen von f mit f(x)= -2 x 3 -3 x 2 +36x +2 :

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f(x)= -2 x 3 -3 x 2 +36x +2

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

=>f'(x)= -6 x 2 -6x +36 +0

= -6 x 2 -6x +36

f''(x)= -12x -6 +0

= -12x -6

Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

(Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

-6 x 2 -6x +36 = 0 |:6

- x 2 - x +6 = 0

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

x1,2 = +1 ± ( -1 ) 2 -4 · ( -1 ) · 6 2( -1 )

x1,2 = +1 ± 1 +24 -2

x1,2 = +1 ± 25 -2

x1 = 1 + 25 -2 = 1 +5 -2 = 6 -2 = -3

x2 = 1 - 25 -2 = 1 -5 -2 = -4 -2 = 2

Die Lösungen -3 , 2 sind nun die einzigen Kandidaten für Extremstellen.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f''(x0)<0).
Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f'(x0)>0).


1.: x=-3

f''(-3 ) = -12( -3 ) -6 = 36 -6 = 30 >0

Das heißt bei x = -3 ist ein Tiefpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(-3 ) = -2 ( -3 ) 3 -3 ( -3 ) 2 +36( -3 ) +2 = -79
Man erhält so den Tiefpunkt T:(-3 | -79 )


2.: x=2

f''(2 ) = -122 -6 = -24 -6 = -30 <0

Das heißt bei x = 2 ist ein Hochpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(2 ) = -2 2 3 -3 2 2 +362 +2 = 46
Man erhält so den Hochpunkt H:(2 | 46 )

Extrempunkte (auch mit VZW)

Beispiel:

Berechne die Koordinaten aller Extrempunkte des Graphen von f mit f(x)= 2 x 3 -21 x 2 +72x -1 :

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f(x)= 2 x 3 -21 x 2 +72x -1

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

=>f'(x)= 6 x 2 -42x +72 +0

= 6 x 2 -42x +72

f''(x)= 12x -42 +0

= 12x -42

Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

(Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

6 x 2 -42x +72 = 0 |:6

x 2 -7x +12 = 0

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

x1,2 = +7 ± ( -7 ) 2 -4 · 1 · 12 21

x1,2 = +7 ± 49 -48 2

x1,2 = +7 ± 1 2

x1 = 7 + 1 2 = 7 +1 2 = 8 2 = 4

x2 = 7 - 1 2 = 7 -1 2 = 6 2 = 3

Die Lösungen 3 , 4 sind nun die einzigen Kandidaten für Extremstellen.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f''(x0)<0).
Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f'(x0)>0).


1.: x=3

f''(3 ) = 123 -42 = 36 -42 = -6 <0

Das heißt bei x = 3 ist ein Hochpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(3 ) = 2 3 3 -21 3 2 +723 -1 = 80
Man erhält so den Hochpunkt H:(3 | 80 )


2.: x=4

f''(4 ) = 124 -42 = 48 -42 = 6 >0

Das heißt bei x = 4 ist ein Tiefpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(4 ) = 2 4 3 -21 4 2 +724 -1 = 79
Man erhält so den Tiefpunkt T:(4 | 79 )

Beispielterm für Extrempunktkriterien

Beispiel:

Gib einen Term einer Funktion an, deren Graph einen Tiefpunkt T(2|1) besitzt, der sich mit Hilfe der 2. Ableitung nachweisen lässt.

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Wesentlich einfacher wäre es ja ein Funktions-Beispiel mit einen Tiefpunkt T(0|0) im Ursprung zu finden, der sich mit Hilfe der 2. Ableitung nachweisen lässt.

Die einfachste Möglichkeit für einen Tiefpunkt T(0|0) ist wohl der Funktionsterm f1(x)= x 2

Hier gilt dann
f1'(x)= 2x , f1''(x)= 2 , und somit f1''(0) = 2 > 0.

Somit hat der Graph der Funktion x 2 einen Tiefpunkt T(0|0), der sich mit Hilfe der 2. Ableitung nachweisen lässt (siehe schwarzer Graph in der nebenstehenden Abblidung).

Wenn wir nun den Graph um 2 in x-Richtung verschieben, so ändert sich ja nichts an der Form des Graphen (sondern nur an dessen Lage). ( x -2 ) 2 hat also an der Stelle x = 2 genau die gleichen Ableitungswerte wie x 2 an der Stelle x = 0.

Auch bei Verschiebung in y-Richtung ändert sich ja nichts an der Form oder den Ableitungswerten.

Somit hat der Graph von f(x)= ( x -2 ) 2 +1 einen Tiefpunkt T(2|1), der sich mit Hilfe der 2. Ableitung nachweisen lässt.