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Hoch- und Tiefpkte in f (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f '. Bestimme jeweils Typ und den x-Wert aller Extrempunkte des Graphen von f im abgebildeten Bereich.

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Da Extrempunkte immer eine waagrechte Tangente haben, gilt die notwendige Bedingung f '= 0, wir suchen also die Nullstellen der Ableitungsfunktion f '.

Um beurteilen zu können, ob es sich um einen Hochpunkt des Graphen von f, um eine Tiefpunkt oder keines von beidem (Sattelpunkt) handelt, kann man jeweils den Vorzeichenwechsel (VZW) der Funktion f ' anschauen (hinreichende Bedingung).

Wir untersuchen also alle Nullstellen der abgebildeten Ableitungsfunktion f '.

Wir erkennen bei x = -2 einen VZW in der Funktion f ' von + nach -. Also muss der Graph der Originalfunktion f bei x = -2 einen Hochpunkt haben.

Wir erkennen bei x = 0 einen VZW in der Funktion f ' von - nach +. Also muss der Graph der Originalfunktion f bei x = 0 einen Tiefpunkt haben.

Wendepunkte in f (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f '. Bestimme alle Wendestellen von f im abgebildeten Bereich.
(die gesuchten x-Werte sind alle ganzzahlig)

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Da Wendestellen immer Extremstellen der Ableitung sind, müssen wir in der Abbildung nur nach den Extremstellen von f ' suchen.

Diese erkennen wir leicht bei x = -1.

Monotonie (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f '. Bestimme möglichst große Intervalle, auf denen f monoton steigend, bzw. monoton fallend ist .

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Nach dem Monotoniesatz genügt es die Intervalle zu finden, in denen die Ableitungsfunktion f ', positiv bzw. negativ ist.

Wir erkennen: Im Intervall [-6;2] gilt: f '(x) ≤ 0, also ist f monoton fallend.

Wir erkennen: Im Intervall [2;6] gilt: f '(x) ≥ 0, also ist f monoton steigend.

Extrempunkte der Ableitung

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f'. Bestimme jeweils Typ und den x-Wert der Extrempunkte von f'' im abgebildeten Bereich.
(Die Lösungen sind ganzzahlig)

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Man erkennt am Graph von f', dass bei x = -1 ein maximales Gefälle (m ≈ -4) ist. Dort hat also f'', die Ableitungsfunktion von f', einen Tiefpunkt.

Bei x = 1 ist dagegen eine maximale Steigung (m ≈ 4) in f', also ein Hochpunkt in f'' zu erkennnen.

Minimaler Grad bestimmen

Beispiel:

Gegeben ist eine ganzrationale Funktion f.

Gezeichnet ist der Graph von f '.

Wie groß muss der Grad von f mindestens sein?

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Man erkennt am Graph von f ' einen Wendepunkt bei x=0, also muss f ''' ( - die 2. Ableitung von f ' - ) mindestens eine Nullstelle haben und somit auch mindestens vom Grad 1 sein.

Weil bei ganzrationalen Funktionen mit jedem Ableiten der Grad um 1 verringert wird, muss der Grad der Originalfunktion f um 3 höher, also f vom Grad 4 sein.

Pkt mit paralleler Tangente (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f ', also der Ableitungsfunktion einer Funktion f.
Bestimme eine Stelle x, an der die Tangente an den Graph von f parallel zur Geraden g: y=

- 2 x + 3

verläuft.

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Die Steigung der Tangente an den Graph von f, kurz die Tangentensteigung von f, ist f ', die Ableitung von f.

Da die Gerade g die Steigung -2 hat, muss die parallele Tangente auch die Steigung m = -2 haben. Es muss also f '(x) = -2 gelten.

Am Schaubild kann man f '(-1) = -2 ablesen.

Die gesuchte Stelle ist also x = -1.

Summe f(x) und f'(x) (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f (rote Kurve).
Bestimme f(-1) + f '(-1).

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Wir können der Zeichnung rechts mit Hilfe der Tangente eingezeichneten Tangente f '(-1) = $- 2$ entnehmen.

Außerdem können wir natürlich f(-1) = 2 am Schaubild ablesen:

Also gilt: f(-1) + f '(-1) = 2 + ( - 2 ) = $0$ .

Verkettung vorwärts

Beispiel:

Gezeichnet sind die Graphen von f (rote Kurve) und g (blaue Gerade).
Die Funktion h ist gegeben durch h(x)=g(f(x)).
Bestimme h(-2).

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Wir können der Zeichnung rechts f(-2) = 3 entnehmen.

Also gilt h(-2) = g(f(-2)) = g(3)

g(3) können wir auch wieder am (blauen) Graph ablesen:
h(-2) = g(f(-2)) = g(3) = 3.

Verkettung rückwärts

Beispiel:

Gezeichnet sind die Graphen von f (rote Kurve) und g (blaue Gerade).
Die Funktion h ist gegeben durch h(x)=g(f(x)).
Bestimme ein x, so dass h(x) = 3 gilt.

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Wenn wir auf der y-Achse bei y = 3 waagrecht zur blauen Geraden von g gehen, erkennen wir den Punkt P mit P(0|3), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
3 = g(0)
Wegen 3 = h(x)= g(f(x))= g(0) gilt also f(x) = 0.

Wir müssen nun also nur noch nach einem der beiden Punkte auf dem (roten) Graph von f suchen, deren y-Werte =0 sind.

Diese erkennen wir bei Q₁(1|0) und Q₂(-3|0), also bei
x₁ = 1 und x₂ = -3

Verkettung von f und f' (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f (rote Kurve).
Bestimme f(f '(-1)).

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Wir können der Zeichnung rechts mit Hilfe der eingezeichneten Tangente f '(-1) = $0$ entnehmen.

Wir suchen also f(f '(-1)) = f( $0$ ).

f( $0$ ) können wir aber auch wieder einfach am Schaubild ablesen
(an der y-Koordinate des roten Punkts):

f(f '(-1)) = f( $0$ ) = $\frac{3}{2}$ .

Hoch- und Tiefpkte in f (ohne F)

Beispiel:

Gezeichnet ist der Graph von f '. Bestimme jeweils Typ und den x-Wert aller Extrempunkte des Graphen von f im abgebildeten Bereich.

Lösung einblenden

Da Extrempunkte immer eine waagrechte Tangente haben, gilt die notwendige Bedingung f '= 0, wir suchen also die Nullstellen der Ableitungsfunktion f '.

Um beurteilen zu können, ob es sich um einen Hochpunkt des Graphen von f, um eine Tiefpunkt oder keines von beidem (Sattelpunkt) handelt, kann man jeweils den Vorzeichenwechsel (VZW) der Funktion f ' anschauen (hinreichende Bedingung).

Wir untersuchen also alle Nullstellen der abgebildeten Ableitungsfunktion f '.

Da der Graph von f ' bei x = -4 die x-Achse berührt und f ' somit keinen VZW aufweist, kann der Graph der Originalfunktion f bei x = -4 auch keinen Extrempunkt haben (Er hat dort einen Sattelpunkt).

Wir erkennen bei x = -2 einen VZW in der Funktion f ' von - nach +. Also muss der Graph der Originalfunktion f bei x = -2 einen Tiefpunkt haben.

Produktregel am Schaubild

Beispiel:

Gezeichnet sind die Graphen von f (rote Kurve) und g (blaue Gerade).
Die Funktion h ist gegeben durch h(x)=f(x)⋅g(x).
Bestimme h(0) und h'(0).

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Wir können der Zeichnung rechts f(0) = -3 und g(0) = -3 entnehmen.

Also gilt h(0)= f(0)⋅g(0) = ( - 3 )⋅( - 3 ) = 9

Für die Ableitung h'(x) gilt nach der Produktregel h'(x) = f'(x)⋅g(x) + f(x)⋅g'(x)

Also h'(0) = f'(0)⋅g(0) + f(0)⋅g'(0)

Da ja g (in blau gezeichnet) die Tangente an f in x=0 ist, können wir am Graph von g sowohl f'(0) als auch g'(0) als Steigung m= $- 2$ der Geraden ablesen, also gilt f'(0) = g'(0) = $- 2$ .

Somit gilt:
h'(0) = f'(0)⋅g(0) + f(0)⋅g'(0)
= $- 2$ ⋅( - 3 ) + ( - 3 )⋅ $(- 2)$
= $12$ .

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

Hoch- und Tiefpkte in f (ohne F)

Wendepunkte in f (ohne F)

Monotonie (ohne F)

Extrempunkte der Ableitung

Minimaler Grad bestimmen

Pkt mit paralleler Tangente (ohne F)

Summe f(x) und f'(x) (ohne F)

Verkettung vorwärts

Verkettung rückwärts

Verkettung von f und f' (ohne F)

Hoch- und Tiefpkte in f (ohne F)

Produktregel am Schaubild