Aufgabenbeispiele von Verschiebung u.ä.

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Verschiebung e-Funktion

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Im Schaubild sieht man den verschobenen und/oder gespiegelten Graph der natürlichen Exponential-Funktion.

Bestimme den Funktionsterm.

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Als erstes schauen wir uns die natürliche Exponentialfunktion f0(x)= e x an (im Schaubind in schwarzer Farbe eingezeichnet).

Wir erkennnen, dass die der gesuchte rote Graph um 3 nach rechts verschoben wurde. Am besten erkennt man das am Schnittpunkt mit der y-Achse, der von S(0|1) nach S(3|1) verschoben wurde.

Im Funktionsterm müssen wir also jedes x durch x - 3 ersetzen und erhalten: f(x)= e x -3 .

Verschiebung e-Funktion (schwer)

Beispiel:

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Im Schaubild sieht man den verschobenen und/oder gespiegelten Graph der natürlichen Exponential-Funktion.

Bestimme den Funktionsterm.

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Als erstes schauen wir uns die natürliche Exponentialfunktion f0(x)= e x an (im Schaubind in schwarzer Farbe eingezeichnet).

Wir sehen, dass der gesuchte rote Graph aber (teilweise) unter der x-Achse liegt. Deswegen spiegeln wir die Original-e-Funktion an der y-Achse und erhalten den blau abgebildeten Graphen der Funktion f1(x)= - e x .

Jetzt erkennen wir aber, dass der fast waagrecht verlaufende Teil beim gesuchten roten Graphen statt auf der linken auf der rechten Seite ist. Deswegen müssen wir noch an der x-Achse spiegeln und erhalten so den in grün dargestellten Graph der Funktion f2(x)= - e -x .

Zum Schluss versuchen wir noch die Verschiebung in x-Richtung zu erkennen. Dazu nutzen wir die Kenntnis, dass die Original-e-Funktion die y-Achse bei y=e0=1 schneidet. Beim grünen Graph ist dieser Punkt S*(0|-1) gerade genau 1 unter der waagrechten Asymptote (der fast waagrechte Teil). Beim gesuchten roten Graph ist dieser Punkt S**(3|-1) gerade 1 unter der waagrechten Asymptote. Der Graph wurde also um 3 nach rechts verschoben.
Im Funktionsterm müssen wir also jedes x durch x - 3 ersetzen:

Dadurch erhalten wir als gesuchten Funktionsterm:
f(x)= - e -( x -3 ) .

Verschiebung am Graph erkennen (einfach)

Beispiel:

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Der abgebildete Graph der Funktion g ist durch Verschiebung aus dem Graph von f mit f(x)= e x hervorgangenen.
Bestimme den Funktionsterm der Funktion g.

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Wenn man sich die Originalfunktion f mit f(x)= e x (in schwarz eingezeichnet) einigermaßen vorstellen kann, erkennt man schnell, dass der rote Graph in x-Richtung verschoben wurde, und zwar um 2 nach links, bzw. -2 nach rechts. Somit muss man also x durch (x - ( - 2 )) ersetzen. Der gesuchte Funktionsterm ist also g(x)= e x +2

Verschiebung am Graphen

Beispiel:

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Im Schaubild rechts ist in schwarzer Farbe der Graph der Funktion f mit f(x)= x · e x abgebildet.
Der rote Graph entsteht durch Verschiebung (um ganzzahlige Werte) und eventueller Spiegelung an den Koordinatenachsen der schwarz abgebildeten Originalfunktion. Bestimme den zugehörigen Funktionsterm.

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Als erstes untersuchen wir, ob der zweite (rot eingezeichnete) Graph an einer Koordinatenachse gespiegelt wurde oder nur verschoben:
Wir erkennen, dass der zweite Graph nirgends gespiegelt, sondern nur verschoben wurde.

Wenn wir jetzt den markanten Tiefpunkt betrachten, so erkennen wir dass dieser von (-1|-0.4) in der Originalfunktion nach (-2|-2.4) verschoben wurde, wir erkennen also eine Verschiebung um -1 in x-Richtung und um -2 in y-Richtung.

Der neue Funktionsterm ist folglich: g(x)=f(x +1) + -2 = ( x +1 ) · e x +1 -2

Verschiebung am Term erkennen

Beispiel:

Beschreibe, wie der Graph von g mit g(x)= -5 x -1 aus dem Graph von f mit f(x)= x entsteht.

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Hinter dem Hauptterm steht noch eine -1. Das bedeutet, dass zu jedem Funktionswert noch -1 dazu addiert wird. Also wird der Graph von g um 1 nach unten, bzw. -1 nach oben verschoben.

Die -5 als Koeffizient vor dem Hauptterm bewirkt, dass die Funktionswerte mit dem Faktor -5 multipliziert werden. Dadurch wird der Graph um -5 gestreckt. (das negative Vorzeichen von -5 ändert das Vorzeichen der Funktionswerte und bewirkt somit noch zusätzlich eine Spiegelung an der x-Achse.)

Term aus Verschiebung (Streck.) bestimmen

Beispiel:

Der Graph von f mit f(x)= sin( x ) wird um den Faktor 1 3 in y-Richtung gestreckt und an der x-Achse gespiegelt und um 3 nach links verschoben.

Bestimme den Funktionsterm g(x) des neuen Graphen.

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Die Streckung um den Faktor 1 3 in y-Richtung erreicht man durch den Koeffizienten 1 3 vor der Potenz.

Die Spiegelung an der x-Achse bekommt man durch ein negatives Vorzeichen bei dem Koeffizienten vor der Potenz, also - 1 3 .

Bei der Verschiebung um 3 nach links, bzw. -3 nach rechts wird jedes 'x' durch (x +3) ersetzt.

Der gesuchte Funktionsterm g(x) ist somit: g(x)= - 1 3 sin( x +3 )

Extrempunkte (+WP) über Verschiebung

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= 1 2 ( x -1 ) 5 -5 besitzt eine Hoch-, Tief- oder Sattelpunkt. Bestimme diesen ohne Berechnung der Ableitung.

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Man kann erkennen, dass der Graph von f mit f(x)= 1 2 ( x -1 ) 5 -5 durch Verschieben und Strecken aus dem Graph von g mit g(x)= x 5 hervorgeht.

Da das 'x' aus g(x) in f(x) durch (x -1) ersetzt wurde, werden in f die Funktionswerte von g von den um 1 kleineren x-Werten genommen werden. (Also sind bei gleichen Funktionswerten die x-Werte bei f um 1 größer als bei g) Für den Graph bedeutet das, dass er um 1 nach rechts in x-Richtung verschoben wird.

Das -5 hinter dem Potenzterm bedeutet, dass zu jedem Funktionswert noch -5 dazu addiert wird. Also wird der Graph von f um 5 nach unten, bzw. -5 nach oben verschoben.

Der Graph der Grundfunktion g mit g(x)= x 5 hat ja genau einen Sattelpunkt, und zwar im Ursprung O(0|0). Dieser wird natürlich mit verschoben und ist somit beim Graph von f bei (1|-5).

(Die Streckung (bzw. Stauchung) des Graphen durch den Koeffizienten 1 2 vor der Potenz ändert an der Art und Lage des Sattelpunkt nichts.)

Der Graph der Funktion f mit f(x)= 1 2 ( x -1 ) 5 -5 besitzt somit einen Sattelpunkt SP(1|-5).

Symmetrie nach Verschiebung

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -3 ( x +5 ) 4 +2 ( x +5 ) 2 +2 besitzt Symmetrieeigenschaften. Bestimme diese.

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Man kann erkennen, dass der Graph von f mit f(x)= -3 ( x +5 ) 4 +2 ( x +5 ) 2 +2 durch Verschieben aus dem Graph von g mit g(x)= -3 x 4 +2 x 2 hervorgeht.

Da das 'x' aus g(x) in f(x) durch (x +5) ersetzt wurde, werden in f die Funktionswerte von g von den um 5 größeren x-Werten genommen werden. (Also sind bei gleichen Funktionswerten die x-Werte bei f um 5 kleiner als bei g) Für den Graph bedeutet das, dass er um 5 nach links, bzw. -5 nach rechts in x-Richtung verschoben wird.

Das 2 hinter dem Potenzterm bedeutet, dass zu jedem Funktionswert noch 2 dazu addiert wird. Also wird der Graph von f um 2 nach oben verschoben.

Da bei der Grundfunktion g mit g(x)= -3 x 4 +2 x 2 nur gerade Potenzen vorkommen, ist ihr Graph achsensymmetrisch bezüglich der y-Achse (x=0). Diese Symmetrieachse wird natürlich mit verschoben und ist somit beim Graph von f bei x = -5.

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -3 ( x +5 ) 4 +2 ( x +5 ) 2 +2 ist somit achsensymmetrisch bezüglich der Geraden x = -5.

Spiegelung an horizontalen Geraden

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -1 +2 x · e x wird an der Geraden y = -3 gespiegelt.
Bestimme den Funktionsterm des gespiegelten Graphen.

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Der Graph der Originalfunktion f(x)= -1 +2 x · e x soll an der Geraden y = -3 (rot) gespiegelt werden.

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Dazu verschieben wir die Funktion als erstes um +3 in y-Richtung und erhalten somit f1(x)= -1 +2 x · e x +3 = 2 +2 x · e x (grün).

Dabei erkennen wir, dass die Lage von der (schwarzen) Orginalfunktion zur Geraden y = -3 (rot) genau gleich ist wie die Lage der neuen verschobenen Funktion f1(x) (grün) zur x-Achse.

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Diese verschobene (grüne) Funktion spiegeln wir nun an der x-Achse. Dabei drehen wir einfach das Vorzeichen des gesamten Funktionsterm um und erhalten so den orangen Graph von f2(x)= -( 2 +2 x · e x ) = -2 -2 x · e x .

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Zum Schluss müssen wir die Verschiebung vom ersten Schritt wieder Rückgängig machen und den gespiegelten orangen Graph von f2(x) wieder um -3 in y-Richtung verschieben. Dabei erhalten wir den gesuchten Graph mit dem Funktionsterm
g(x)= -2 -2 x · e x -3 = -5 -2 x · e x (blau).

Man erkennt am Schaubild, dass der Graph von g tatsächlich das Spiegelbild des Graphen von f an der Geraden y=-3 ist.

Spiegelung an vertikalen Geraden

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= x 3 -3x -1 wird an der Geraden x = 3 gespiegelt.
Bestimme den Funktionsterm des gespiegelten Graphen.

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Der Graph der Originalfunktion f(x)= x 3 -3x -1 soll an der Geraden x = 3 (rot) gespiegelt werden.

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Dazu spiegeln wir die Funktion erst mal an der y-Achse, indem wir im gesamten Funktionsterm -x statt x einsetzen. So erhalten wir den Funktionsterm
f1(x)= ( -x ) 3 -3( -x ) -1 = - x 3 +3x -1
dessen Graph im Schubild rechts in grün eingezeichnet ist.




Hier erkennt man jetzt, dass der Abstand des aktuell gespiegelten Graphs von f1(x) von der gesuchten Spiegelung an x = 3 gerade der doppelte Abstand ist wie der zwischen Spiegelachse und y-Achse.

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Wir müssen also den an der y-Achse gespiegelten Graph von f1(x) um 6 Einheiten nach rechts verschieben. Dazu müssen wir überall im Term von f1(x)= - x 3 +3x -1 das x durch (x -6) ersetzen und erhalten so den Term :
Graph von g(x)= ( -( x -6 ) ) 3 -3( -( x -6 ) ) -1 = - ( x -6 ) 3 +3x -19 .

Man erkennt am Schaubild, dass der Graph von g tatsächlich das Spiegelbild des Graphen von f an der Geraden x=3 ist.