Aufgabenbeispiele von Exponentialfunktionen / Logarithmen

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Symmetrie e-Funktionen

Beispiel:

Entscheide welche Symmetrie bei der Funktion f mit f(x)= x 2 · e x 2 + x vorliegt.

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Wir betrachten einfach f(-x) und schauen dann, ob das zufällig wieder f(x) oder -f(x) ist:

f(-x) = ( -x ) 2 · e ( -x ) 2 + ( -x ) = x 2 · e x 2 - x

Wenn man das mit f(x) = x 2 · e x 2 + x vergleicht, kann man erkennen, dass f(-x) = x 2 · e x 2 - x
weder gleich f(x) = x 2 · e x 2 + x noch gleich -f(x) = - x 2 · e x 2 + x = - x 2 · e x 2 + x ist.

Wir können dies ja auch anhand eines Gegenbeispiels nachweisen:

f(1) = 1 2 · e 1 2 +1 = 1 · e 2 ≈ 7.389
Aber: f(-1) = ( -1 ) 2 · e ( -1 ) 2 -1 = 1 · e 0 ≈ 1

Es gilt also: f(-x) ≠ f(x) und f(-x) ≠ -f(x)

Somit liegt bei f keine Symmetrie zum KoSy vor.

Parameter mit Graph bestimmen

Beispiel:

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

Gegeben ist die Funktionenschar fk(x)= - e - 6 10 x + k + k . Die Abbildung rechts zeigt den Graph von fk für ein bestimmtes k. Bestimme dieses k.

Lösung einblenden

Das Problem bei e-Funktionen ist ja, dass wir normale Funktionswerte sehr schwer berechnen und dann nur sehr ungenau ablesen können :(

Die einzige Möglichkeit gut ablesbare Werte zu finden, ist also dort, wo der Exponentialterm (annähernd) = 0 ist - oder eben =1 ist, weil dort der Exponent =0 ist.

  • Hier kann man schnell erkennen, dass der Exponentialterm - e - 6 10 x + k niemals = 0 werden kann.
    Da jedoch der zweite Summand k abhängig von k ist, Kann man über die Asymptote den Parameter k bestimmen.
    Denn für x → +∞ strebt fk(x) → 0 + k
    Aus dem Schaubild erkennt man eine waagrechte Asymptote bei y = -3, somit muss k = -3 gelten;
    Also gilt k = -3

Der abgebildete Graph ist somit der von f-3

Umkehrfunktion von e- und ln-Funkt'n

Beispiel:

Die Funktion f mit f(x)= 2 e 0,1x +1 ist auf ihrer maximalen Definitionsmenge umkehrbar.

Bestimme die maximale Definitionsmenge und die Wertemenge von f sowie einen Term für die Umkehrfunktion f - .

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Maximale Definitionsmenge von f

Bei einer Exponentialfunktion kann man alle Werte für x einsetzen. (e0=1; e-c= 1 e c )

Für die maximale Definitionsmenge gilt somit: D = ℝ

Wertemenge von f

Der Exponent 0,1x ist eine lineare Funktion (Gerade), die jeden Wert zwischen -∞ und ∞ annehmen kann.

Wir wissen, dass e 0,1x für negative betragsmäßig große Werte im Exponent der 0 sehr schnell beliebig nahe kommt und für große positive Werte (sehr schnell) gegen ∞ strebt. Somit ist jeder Funktionswert im Bereich 0 < y < ∞ möglich.

Auch mit dem positiven Koeffizienten 2 vor e 0,1x können die Funktionswerte von 2 e 0,1x alles zwischen 0 und ∞ annehmen.

Durch die +1 hinter dem 2 e 0,1x wird zu allen Funktionswerten von 2 e 0,1x noch 1 addiert. Dadurch verschiebt sich auch der Wertebereich zu W = {y ∈ ℝ | y > 1}

Umkehrfunktion

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

Wir schreiben einfach mal y für f(x) und lösen die Funktionsgleichung nach x auf:

2 e 0,1x +1 = y | -1
2 e 0,1x = y -1 |:2
e 0,1x = 1 2 y - 1 2 |ln(⋅)
0,1x = ln( 1 2 y - 1 2 ) |:0,1
x = 1 0,1 ln( 1 2 y - 1 2 )
x = 10 ln( 1 2 y - 1 2 )

Statt jedem x ein y zuzuordnen (x ↦ y), wird bei der Umkehrfunktion ja gerade andersrum dem y das x zugeordnet (y ↦ x).
Deswegen vertauschen wir nun x und y:

y = 10 ln( 1 2 x - 1 2 )

und erhalten so die Umkehrfunktion f - (x) = 10 ln( 1 2 x - 1 2 )

prozentale Änderung bestimmen

Beispiel:

Gib für die exponentielle Wachstumsfunktion f mit f(t)= 177 ( 7 5 ) t die prozentuale Änderung pro Zeiteinheit an. Handelt es sich um prozentuale Zunahme oder um prozentuale Abnahme?

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f(0) = 177

f(1) = 177 7 5

f(2) = 177 7 5 7 5

f(3) = 177 7 5 7 5 7 5

f(4) = 177 7 5 7 5 7 5 7 5

...

Mit jeder Zeiteinheit wird also der bisherige Funktionswert mit 7 5 multipliziert. Da 7 5 > 1 ist, werden die Funktionswerte mit jedem Zeitschritt größer, und zwar auf das 7 5 -fache (oder auf das 140 100 -fache), also auf 140 % des vorherigen Funktionswertes.

Die prozentuale Zunahme beträgt also 140% - 100% = 40 %

c und a gegeben

Beispiel:

Bei einer Internetseite kann man davon ausgehen, dass sich die Anzahl der Nutzer wöchentlich um 25% vermehrt. Zu Beginn der Aufzeichnung registriert man 1000 Nutzer.a) Wie hoch ist nach diesem Modell die Anzahl der Nutzer nach 10 Wochen? b) Nach wie vielen Wochen ist die Anzahl der Nutzer auf 41000 angewachsen?

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Da es sich hier um exponentielles Wachstum handelt, muss der Funktionsterm von der Form f(t)= c · a t sein.

Den Anfangswert f(0)=c=1000 kann man direkt aus der Aufgabe heraus lesen.

Die prozentuale Zunahme um 25% bedeutet ja, dass mit jedem Zeitschritt zum alten Bestand noch 25% dazukommen,
also Bneu = B + 25 100 ⋅B = (1 + 25 100 ) ⋅ B = 1,25 ⋅ B. Somit ist das a=1,25.

Damit ergibt sich der Funktionsterm f(t)= 1000 1,25 t .

zu a)

Gesucht ist die Anzahl der Nutzer zum Zeitpunkt t=10 Wochen, also f(10):

f(10) = 1000 1,25 10 9313,226.

zu b)

Hier wird gefragt, wann die Anzahl der Nutzer = 41000 Nutzer ist, also f(t) = 41000:

1000 1,25 t = 41000 |:1000
1,25 t = 41 |lg(⋅)
lg( 1,25 t ) = lg( 41 )
t · lg( 1,25 ) = lg( 41 ) |: lg( 1,25 )
t = lg( 41 ) lg( 1,25 )
t = 16,6421

Nach ca. 16,642 Wochen ist also die Anzahl der Nutzer = 41000 Nutzer.