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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) = -5 x 3 - x 2 -3x -3 x 2 -3x +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 -3x +2 = 0

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

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

x1,2 = +3 ± ( -3 ) 2 -4 · 1 · 2 21

x1,2 = +3 ± 9 -8 2

x1,2 = +3 ± 1 2

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

x2 = 3 - 1 2 = 3 -1 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 = ( - 3 2 ) 2 - 2 = 9 4 - 2 = 9 4 - 8 4 = 1 4

x1,2 = 3 2 ± 1 4

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

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

also Definitionsmenge D=R\{ 1 ; 2 }

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

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

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

Für x   x<1   1 - ⇒ f(x)= -5 x 3 - x 2 -3x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -12 (-1) ⋅ "-0" = -12 "+0" -

Für x   x>1   1 + ⇒ f(x)= -5 x 3 - x 2 -3x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -12 (-1) ⋅ "+0" = -12 "-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)= -5 x 3 - x 2 -3x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -53 "-0" ⋅ (+1) = -53 "-0"

Für x   x>2   2 + ⇒ f(x)= -5 x 3 - x 2 -3x -3 ( x -2 ) · ( x -1 ) -53 "+0" ⋅ (+1) = -53 "+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:

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

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

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

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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:

x -2 e 2x - e x = 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)= x -2 ( e x -1 ) · e x -2 "-0" ⋅ (+1) = -2 "-0"

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= 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 -

senkrechte Asymptoten

Beispiel:

Bestimme alle senkrechten Asymptoten (mit VZW) von der Funktion f mit f(x) = 5 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:

5 e 3x - e x = 5 ( 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)= 5 ( e 2x -1 ) · e x +5 "-0" ⋅ (+1) = +5 "-0" -

Für x   x>0   0 + ⇒ f(x)= 5 ( e 2x -1 ) · e x +5 "+0" ⋅ (+1) = +5 "+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 -2x +4

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

-2x +4 = 0 | -4
-2x = -4 |:(-2 )
x = 2

also Definitionsmenge D=R\{ 2 }

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

Für x   x<2   2 - ⇒ f(x)= x 2 - x -2x +4 +2 "+0"

Für x   x>2   2 + ⇒ f(x)= x 2 - x -2x +4 +2 "-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 = 3 und bei x2 = 0 jeweils eine senkrechte Asymptote, bei y = -1 eine waagrechte Asymptote und in N1(1|0) und N2(6|0) Nullstellen besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptoten bei x1=3 und x2=0 müssen die entsprechenden Linearterme in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? ( x -3 ) · ( x +0 ) = ? x 2 -3x

Nullstellen in den Zähler

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

? ⋅ ( ( x -1 ) · ( x -6 ) ) x 2 -3x = ?⋅ ( x 2 -7x +6 ) x 2 -3x

Jetzt testen wir x 2 -7x +6 ( x -3 ) · ( x +0 ) auf die waagrechte Asymptote:

Um die waagrechte Asymptote von 1 auf -1 zu bringen multiplizieren wir einfach den Zähler mit -1 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.
-( x 2 -7x +6 ) ( x -3 ) · ( x +0 ) = - x 2 +7x -6 x 2 -3x

- x 2 +7x -6 x 2 -3x = x 2 · ( -1 + 7 x - 6 x 2 ) x 2 · ( 1 - 3 x ) = -1 + 7 x - 6 x 2 1 - 3 x

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

Für x → ±∞ ⇒ f(x)= - x 2 +7x -6 x 2 -3x = -1 + 7 x - 6 x 2 1 - 3 x -1 +0+0 1 +0 = -1 1 = -1

Mit f(x)= -( x 2 -7x +6 ) ( x -3 ) · ( x +0 ) sind also alle Bedingungen erfüllt

Bruchterm mit Asymptoten bestimmen

Beispiel:

Bestimme einen Funktionsterm (als Bruchterm) dessen Graph bei x= -2 eine senkrechte Asymptote mit einem VZW von - nach +, bei y = 0 eine waagrechte Asymptote und keine Nullstelle besitzt.

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Zuerst der Nenner

Aufgrund der senkrechten Asymptote bei x=-2 (mit einem VZW von - nach +) muss der entsprechende Linearterm in den Nenner unserer gesuchten Funktion, also:

? x +2

Wenn wir den Zähler auf 1 setzen, also f(x)= 1 x +2 , passen bereits die Definitionslücke bei x = -2 und die fehlenden Nullstellen. Auch die waagrechte Asymptote bei y=0 passt:

waagrechte Asymptoten

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

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

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

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

Vorzeichenwechsel (VZW)

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

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

Mit f(x)= 1 x +2 sind also alle Bedingungen erfüllt

waagrechte Asymptoten

Beispiel:

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

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= e 0,4x +3 0 +3 3

Für x → ∞ ⇒ f(x)= e 0,4x +3 +3

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

e-Fkt'n Verhalten → ∞

Beispiel:

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

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Für x → -∞ ⇒ f(x)= -2x · e -0,4x ·

Für x → ∞ ⇒ f(x)= -2x · e -0,4x - · 0 0( Der Exponentialterm im zweiten Faktor wächst sehr viel schneller gegen 0 als der erste Faktor gegen - und setzt sich deswegen durch)

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