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) = -3 x 2 -2x -1 x 2 - x -2

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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 - x -2 = 0

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

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

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

x1,2 = +1 ± 1 +8 2

x1,2 = +1 ± 9 2

x1 = 1 + 9 2 = 1 +3 2 = 4 2 = 2

x2 = 1 - 9 2 = 1 -3 2 = -2 2 = -1

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 = ( - 1 2 ) 2 - ( -2 ) = 1 4 + 2 = 1 4 + 8 4 = 9 4

x1,2 = 1 2 ± 9 4

x1 = 1 2 - 3 2 = - 2 2 = -1

x2 = 1 2 + 3 2 = 4 2 = 2

also Definitionsmenge D=R\{ -1 ; 2 }

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

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

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

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

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

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

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 2 (von links und von rechts)

Für x ⟶   x<2   2 - ⇒ f(x)= -3 x 2 -2x -1 ( x -2 ) · ( x +1 ) → -17 "-0" ⋅ (+3) = -17 "-0" → ∞

Für x ⟶   x>2   2 + ⇒ f(x)= -3 x 2 -2x -1 ( x -2 ) · ( x +1 ) → -17 "+0" ⋅ (+3) = -17 "+0" → -∞

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 2 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:

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

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

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

Die Funktion besitzt folglich eine waagrechte Asymptote bei y = -3 .

senkrechte Asymptote (einfach)

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = -2 e -3x -1

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

e -3x -1 = 0 | +1
e -3x = 1 |ln(⋅)
-3x = 0 |:-3
x = 0 ≈ 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)= -2 e -3x -1 → -2 "+0" → -∞

Für x ⟶   x>0   0 + ⇒ f(x)= -2 e -3x -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) = 3 x 2 +2x +2 ( x -3 ) · ( x +2 )

Lösung einblenden

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

( x -3 ) · ( x +2 ) = 0

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

1. Fall:

x -3 = 0 | +3
x1 = 3

2. Fall:

x +2 = 0 | -2
x2 = -2

also Definitionsmenge D=R\{ -2 ; 3 }

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → -2 (von links und von rechts)

Für x ⟶   x<-2   -2 - ⇒ f(x)= 3 x 2 +2x +2 ( x -3 ) · ( x +2 ) → +10 (-5) ⋅ "-0" = +10 "+0" → ∞

Für x ⟶   x>-2   -2 + ⇒ f(x)= 3 x 2 +2x +2 ( x -3 ) · ( x +2 ) → +10 (-5) ⋅ "+0" = +10 "-0" → -∞

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= -2 mit einem VZW von + nach -

Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 3 (von links und von rechts)

Für x ⟶   x<3   3 - ⇒ f(x)= 3 x 2 +2x +2 ( x -3 ) · ( x +2 ) → +35 "-0" ⋅ (+5) = +35 "-0" → -∞

Für x ⟶   x>3   3 + ⇒ f(x)= 3 x 2 +2x +2 ( x -3 ) · ( x +2 ) → +35 "+0" ⋅ (+5) = +35 "+0" → ∞

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 3 mit einem VZW von - nach +

Polstellen und hebbare Def.-Lücken

Beispiel:

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

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

x 2 -2x = 0
x · ( x -2 ) = 0

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

1. Fall:

x1 = 0

2. Fall:

x -2 = 0 | +2
x2 = 2

also Definitionsmenge D=R\{0; 2 }

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

2x x 2 -2x = 2x x · ( x -2 )

Wir untersuchen das Verhalten für x → 0 und erkennen, dass sowohl der Zähler als auch der Nenner =0 werden.

Wir müssten also sowohl im Zähler als auch im Nenner einen Faktor (x -0) erkennen, die wir dann kürzen können:

2x x · ( x -2 ) = 2x x · ( x -2 ) = 2 x -2

Für x → 0 ⇒ f(x)= 2x x · ( x -2 ) = 2 x -2 → 2 0 -2 = -1

Die Funktion besitzt folglich eine hebbare Definitionslücke (Loch) L(0 | -1 )


Wir untersuchen nun das Verhalten für x → 2 (von links und von rechts)

Für x ⟶   x<2   2 - ⇒ f(x)= 2x x · ( x -2 ) → +4 (+2) ⋅ "-0" = +4 "-0" → -∞

Für x ⟶   x>2   2 + ⇒ f(x)= 2x x · ( x -2 ) → +4 (+2) ⋅ "+0" = +4 "+0" → ∞

Die Funktion besitzt folglich eine senkrechte Asymptote bei x= 2 mit einem VZW von - nach +

Term mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm dessen Graph bei x1 = 1 und bei x2 = 0 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -2 eine waagrechte Asymptote und in N1(3|0) und N2(-2|0) Nullstellen besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=1 und x2=0 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x -1 ) · ( x +0 ) = ? x 2 - x

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( ( x -3 ) · ( x +2 ) ) x 2 - x = ?⋅ ( x 2 - x -6 ) x 2 - x

Jetzt testen wir x 2 - x -6 ( x -1 ) · ( x +0 ) auf die waagrechte Asymptote:

Um die waagrechte Asymptote von 1 auf -2 zu bringen multiplizieren wir einfach den Zähler mit -2 und erhalten so:

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 -6 ) ( x -1 ) · ( x +0 ) = -2 x 2 +2x +12 x 2 - x

-2 x 2 +2x +12 x 2 - x = x 2 · ( -2 + 2 x + 12 x 2 ) x 2 · ( 1 - 1 x ) = -2 + 2 x + 12 x 2 1 - 1 x

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

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

Mit f(x)= -2( x 2 - x -6 ) ( x -1 ) · ( x +0 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

Bruchterm mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm (als Bruchterm) dessen Graph bei x1 = 0 und bei x2 = -1 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -3 eine waagrechte Asymptote und in N1(-3|0) und N2(-2|0) Nullstellen besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=0 und x2=-1 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x +0 ) · ( x +1 ) = ? x 2 + x

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( ( x +3 ) · ( x +2 ) ) x 2 + x = ?⋅ ( x 2 +5x +6 ) x 2 + x

Jetzt testen wir x 2 +5x +6 ( x +0 ) · ( x +1 ) auf die waagrechte Asymptote:

Um die waagrechte Asymptote von 1 auf -3 zu bringen multiplizieren wir einfach den Zähler mit -3 und erhalten so:

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.
-3( x 2 +5x +6 ) ( x +0 ) · ( x +1 ) = -3 x 2 -15x -18 x 2 + x

-3 x 2 -15x -18 x 2 + x = x 2 · ( -3 - 15 x - 18 x 2 ) x 2 · ( 1 + 1 x ) = -3 - 15 x - 18 x 2 1 + 1 x

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= -3 x 2 -15x -18 x 2 + x = -3 - 15 x - 18 x 2 1 + 1 x → -3 +0+0 1 +0 = -3 1 = -3

Mit f(x)= -3( x 2 +5x +6 ) ( x +0 ) · ( x +1 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = e 0,2x -4 x 2 für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e 0,2x -4 x 2 → 0 -∞ → 0

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e 0,2x -4 x 2 → ∞ -∞ → -∞ ( Der Exponentialterm im Zähler wächst sehr viel schneller gegen ∞ bzw. gegen 0 als der Nenner und setzt sich deswegen durch)

Die Funktion besitzt folglich auf der linken Seite (für x → -∞) eine waagrechte Asymptote bei y = 0 (x-Achse).

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

Bestimme das Verhalten der Funktion f mit f(x) = e -0,4x -4x +3 für x → -∞ und für x → ∞.

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e -0,4x -4x +3 → ∞ ∞ +3 → ∞ +3 → ∞ e -0,4x -4x → ∞ : ( Der Exponentialterm im Zähler wächst sehr viel schneller gegen ∞ bzw. gegen 0 als der Nenner und setzt sich deswegen durch)

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e -0,4x -4x +3 → 0 -∞ +3 → 0 +3 → 3

Die Funktion besitzt folglich auf der rechten Seite (für x → ∞) eine waagrechte Asymptote bei y = 3 .