Aufgabenbeispiele von Asymptoten

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alle Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) und waagrechten Asymptoten vom Graphen der Funktion f mit f(x) = -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 x 2 +5x +4

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senkrechte Asymptoten

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

x 2 +5x +4 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -5 ± 5 2 -4 · 1 · 4 21

x1,2 = -5 ± 25 -16 2

x1,2 = -5 ± 9 2

x1 = -5 + 9 2 = -5 +3 2 = -2 2 = -1

x2 = -5 - 9 2 = -5 -3 2 = -8 2 = -4

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = ( 5 2 ) 2 - 4 = 25 4 - 4 = 25 4 - 16 4 = 9 4

x1,2 = - 5 2 ± 9 4

x1 = - 5 2 - 3 2 = - 8 2 = -4

x2 = - 5 2 + 3 2 = - 2 2 = -1

also Definitionsmenge D=R\{ -4 ; -1 }

Um den Term besser auf Asymptoten untersuchen zu können, faktorisieren wir den Nenner:

-2 x 3 -2 x 2 -3x +3 x 2 +5x +4 = -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 ( x +1 ) · ( x +4 )

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -4 (von links und von rechts)

Für x   x<-4   -4 - ⇒ f(x)= -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 ( x +1 ) · ( x +4 ) +111 (-3) ⋅ "-0" = +111 "+0"

Für x   x>-4   -4 + ⇒ f(x)= -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 ( x +1 ) · ( x +4 ) +111 (-3) ⋅ "+0" = +111 "-0" -

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -4 mit einem VZW von + nach -

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -1 (von links und von rechts)

Für x   x<-1   -1 - ⇒ f(x)= -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 ( x +1 ) · ( x +4 ) +6 "-0" ⋅ (+3) = +6 "-0" -

Für x   x>-1   -1 + ⇒ f(x)= -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 ( x +1 ) · ( x +4 ) +6 "+0" ⋅ (+3) = +6 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -1 mit einem VZW von - nach +

waagrechte Asymptoten

Um die waagrechte Asymtote zu ermitteln, wird in Zähler und Nenner die höchste x-Potenz des Nenners ausgeklammert:

-2 x 3 -2 x 2 -3x +3 x 2 +5x +4 = x 2 · ( -2x -2 - 3 x + 3 x 2 ) x 2 · ( 1 + 5 x + 4 x 2 ) = -2x -2 - 3 x + 3 x 2 1 + 5 x + 4 x 2

So können wir einfach das Verhalten für x→ ±∞ untersuchen:

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -2 x 3 -2 x 2 -3x +3 x 2 +5x +4 = -2x -2 - 3 x + 3 x 2 1 + 5 x + 4 x 2 - -2 +0+0 1 +0+0 = -

Die Funktion besitzt folglich keine waagrechte Asymptote.

senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -3x +2 e 3x - e x

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Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

e 3x - e x = 0
( e 2x -1 ) · e x = 0

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

1. Fall:

e 2x -1 = 0 | +1
e 2x = 1 |ln(⋅)
2x = 0 |:2
x1 = 0 ≈ 0

2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

also Definitionsmenge D=R\{0}

Um den Term besser auf Asymptoten untersuchen zu können, faktorisieren wir den Nenner:

-3x +2 e 3x - e x = -3x +2 ( e 2x -1 ) · e x

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 0 (von links und von rechts)

Für x   x<0   0 - ⇒ f(x)= -3x +2 ( e 2x -1 ) · e x +2 "-0" ⋅ (+1) = +2 "-0" -

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= -3x +2 ( e 2x -1 ) · e x +2 "+0" ⋅ (+1) = +2 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 0 mit einem VZW von - nach +

senkrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = 2 e 2x - e x

Lösung einblenden

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

e 2x - e x = 0
( e x -1 ) · e x = 0

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

1. Fall:

e x -1 = 0 | +1
e x = 1 |ln(⋅)
x1 = 0 ≈ 0

2. Fall:

e x = 0

Diese Gleichung hat keine Lösung!

also Definitionsmenge D=R\{0}

Um den Term besser auf Asymptoten untersuchen zu können, faktorisieren wir den Nenner:

2 e 2x - e x = 2 ( e x -1 ) · e x

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 0 (von links und von rechts)

Für x   x<0   0 - ⇒ f(x)= 2 ( e x -1 ) · e x +2 "-0" ⋅ (+1) = +2 "-0" -

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= 2 ( e x -1 ) · e x +2 "+0" ⋅ (+1) = +2 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 0 mit einem VZW von - nach +

Polstellen und hebbare Def.-Lücken

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = ( x +2 ) · ( x +3 ) 3x

Lösung einblenden

Zuerst untersucht man die Funktion auf Definitionslücken, also in unserem Fall, ob der Nenner =0 werden kann.

3x = 0 |:3
x = 0

also Definitionsmenge D=R\{0}

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 0 (von links und von rechts)

Für x   x<0   0 - ⇒ f(x)= ( x +2 ) · ( x +3 ) 3x +6 "-0" -

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= ( x +2 ) · ( x +3 ) 3x +6 "+0"

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 0 mit einem VZW von - nach +

Term mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm dessen Graph bei x1 = 3 und bei x2 = 2 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -1 eine waagrechte Asymptote und eine Nullstelle in N(6|0) besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=3 und x2=2 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x -3 ) · ( x -2 ) = ? x 2 -5x +6

Nullstellen in den Zähler

Im Zähler müssen auf jeden Fall mal die Nullstellen berücksichtigt werden, also

? ⋅ ( x -6 ) x 2 -5x +6

Jetzt testen wir x -6 ( x -3 ) · ( x -2 ) auf die waagrechte Asymptote:

Da im Nenner eine quadratische Funktion ist, im Zähler auch nur eine lineare Funktion, muss die Funktion für x → ∞ gegen 0 laufen. Um diesen Grenzwert aber auf -1 zu bringen, quadrieren wir einfach den Linearterm des Zählers und geben im als Koeffizient -1. Jetzt stimmt auch die waagrechte Asympzote:

waagrechte Asymptoten

Um die waagrechte Asymtote zu ermitteln, wird in Zähler und Nenner die höchste x-Potenz des Nenners ausgeklammert:

Vorher sollte man allerdings noch ausmultiplizien.
- ( x -6 ) 2 ( x -3 ) · ( x -2 ) = - x 2 +12x -36 x 2 -5x +6

- x 2 +12x -36 x 2 -5x +6 = x 2 · ( -1 + 12 x - 36 x 2 ) x 2 · ( 1 - 5 x + 6 x 2 ) = -1 + 12 x - 36 x 2 1 - 5 x + 6 x 2

So können wir einfach das Verhalten für x→ ±∞ untersuchen:

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= - x 2 +12x -36 x 2 -5x +6 = -1 + 12 x - 36 x 2 1 - 5 x + 6 x 2 -1 +0+0 1 +0+0 = -1 1 = -1

Mit f(x)= - ( x -6 ) 2 ( x -3 ) · ( x -2 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

Bruchterm mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm (als Bruchterm) dessen Graph bei x= 3 eine senkrechte Asymptote ohne VZW (beides mal f(x) → +∞), bei y = 2 eine waagrechte Asymptote und eine Nullstelle in N(0|0) besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptote bei x=3 (ohne VZW (beides mal f(x) → +∞)) muss der entsprechende Linearterm in den Nenner unserer gesuchten Funktion. Da kein Vorzeichenwechsel vorliegt, muss es eine doppelte Nullstelle sein, also:

? ( x -3 ) 2 = ? x 2 -6x +9

Nullstellen in den Zähler

Im Zähler müssen auf jeden Fall mal die Nullstellen berücksichtigt werden, also

? ⋅ ( x +0 ) x 2 -6x +9 = ?⋅ ( x ) x 2 -6x +9

Jetzt testen wir x ( x -3 ) 2 auf die waagrechte Asymptote:

Da im Nenner eine quadratische Funktion ist, im Zähler auch nur eine lineare Funktion, muss die Funktion für x → ∞ gegen 0 laufen. Um diesen Grenzwert aber auf 2 zu bringen, quadrieren wir einfach den Linearterm des Zählers und geben im als Koeffizient 2. Jetzt stimmt auch die waagrechte Asympzote:

waagrechte Asymptoten

Um die waagrechte Asymtote zu ermitteln, wird in Zähler und Nenner die höchste x-Potenz des Nenners ausgeklammert:

Vorher sollte man allerdings noch ausmultiplizien.
2 x 2 ( x -3 ) 2 = 2 x 2 x 2 -6x +9

2 x 2 x 2 -6x +9 = x 2 · 2 x 2 · ( 1 - 6 x + 9 x 2 ) = 2 1 - 6 x + 9 x 2

So können wir einfach das Verhalten für x→ ±∞ untersuchen:

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= 2 x 2 x 2 -6x +9 = 2 1 - 6 x + 9 x 2 2 1 +0+0 = 2 1 = 2

Mit f(x)= 2 x 2 ( x -3 ) 2 sind also alle Bedingungen erfüllt

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = e -0,4x -4 für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e -0,4x -4 -4

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e -0,4x -4 0 -4 -4

Die Funktion besitzt folglich auf der rechten Seite (für x → ∞) eine waagrechte Asymptote bei y = -4 .

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = 2 +3 e 0,1x für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= 2 +3 e 0,1x 2 +0 2

Für x → ∞ ⇒ f(x)= 2 +3 e 0,1x 2 +

Die Funktion besitzt folglich auf der linken Seite (für x → -∞) eine waagrechte Asymptote bei y = 2 .