Aufgabenbeispiele von Exponentialfunktionen / Logarithmen

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log im Interval bestimmen

Beispiel:

Finde zwei benachbarte ganze Zahlen, zwischen denen der Logarithmus log 19 (103) liegt.

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Wir suchen 19er-Potenzen in der Näher von 103, also eine die gerade noch kleiner und eine die schon größer als 103 ist.

Dabei kommt man auf 19 = 191 < 103 und auf 19 2 = 192 > 103.

Und da wir bei log 19 (103) ja das ☐ von 19 = 103 suchen, muss dieses ☐ irgendwo zwischen 1 und 2 liegen, wegen:
191 = 19 < 103 < 19 2 = 192

Es gilt somit: 1 < log 19 (103) < 2

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 8 10 x - k +3 k . Die Abbildung rechts zeigt den Graph von fk für ein bestimmtes k. Bestimme dieses k.

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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 8 10 x - k niemals = 0 werden kann.
    Da jedoch der zweite Summand 3 k abhängig von k ist, Kann man über die Asymptote den Parameter k bestimmen.
    Denn für x → -∞ strebt fk(x) → 0 + 3 k
    Aus dem Schaubild erkennt man eine waagrechte Asymptote bei y = 3, somit muss 3 k = 3 gelten;
    Also gilt k = 1

Der abgebildete Graph ist somit der von f1

Umkehrfunktion von e- und ln-Funkt'n

Beispiel:

Die Funktion f mit f(x)= e 0,1x -0,1 +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 -0,1 ist eine lineare Funktion (Gerade), die jeden Wert zwischen -∞ und ∞ annehmen kann.

Wir wissen, dass e 0,1x -0,1 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.

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

Umkehrfunktion

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

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

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 = 1 0,1 ln( x -1 ) + 0,1 0,1

und erhalten so die Umkehrfunktion f - (x) = 1 0,1 ln( x -1 ) + 0,1 0,1

prozentale Änderung bestimmen

Beispiel:

Gib für die exponentielle Wachstumsfunktion f mit f(t)= 90 0,7 t die prozentuale Änderung pro Zeiteinheit an. Handelt es sich um prozentuale Zunahme oder um prozentuale Abnahme?

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f(0) = 90

f(1) = 90 0,7

f(2) = 90 0,70,7

f(3) = 90 0,70,70,7

f(4) = 90 0,70,70,70,7

...

Mit jeder Zeiteinheit wird also der bisherige Funktionswert mit 0,7 multipliziert. Da 0,7 < 1 ist, werden die Funktionswerte mit jedem Zeitschritt kleiner, und zwar auf das 0,7-fache, also auf 70 % des vorherigen Funktionswertes.

Die prozentuale Abnahme beträgt also 100% - 70% = 30 %

a und ein Funktionswert gegeben

Beispiel:

Ein Konto wird mit 2% verzinst. 2 Jahre nach dem das Konto eröffnet wurde, sind bereits 2080,8€ auf dem Konto. a) Wie hoch ist der Kontostand 7 Jahre nach der Kontoeröffnung? b) Wann ist der Kontostand auf 2500€ 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.

Die prozentuale Zunahme um 2% bedeutet ja, dass mit jedem Zeitschritt zum alten Bestand noch 2% dazukommen,
also Bneu = B + 2 100 ⋅B = (1 + 2 100 ) ⋅ B = 1,02 ⋅ B. Somit ist das a=1,02.

Somit wissen wir bereits, dass der Funktionsterm f(t)= c · 1,02 t mit einem Anfangswert c sein muss.

Wir kennen zwar den Anfangswert f(0)=c nicht, wissen aber, dass nach 2 Jahre der Bestand 2080.8 € ist, also f(2) = 2080.8. Dies setzen wir in unsern bisherigen Funktionterm f(t)= c · 1,02 t ein:

c ⋅ 1.022 = 2080.8

c ⋅ 1.0404 = 2080.8 | : 1.0404

c = 2000

Damit ergibt sich der Funktionsterm f(t)= 2000 1,02 t .

zu a)

Gesucht ist der Kontostand zum Zeitpunkt t=7 Jahre, also f(7):

f(7) = 2000 1,02 7 2297,371.

zu b)

Hier wird gefragt, wann der Kontostand = 2500 € ist, also f(t) = 2500:

2000 1,02 t = 2500 |:2000
1,02 t = 5 4 |lg(⋅)
lg( 1,02 t ) = lg( 5 4 )
t · lg( 1,02 ) = lg( 5 4 ) |: lg( 1,02 )
t = lg( 5 4 ) lg( 1,02 )
t = 11,2684

Nach ca. 11,268 Jahre ist also der Kontostand = 2500 €.