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37 Wurzelterme vereinfachen

Beispiel:

Vereinfache den folgenden Term: $\frac{\sqrt[3]{x}}{{(\sqrt[3]{x})}^{20}} \cdot {(\sqrt[3]{x})}^{4}$

Dabei darf im Ergebnis nur noch eine Hochzahl stehen!

Lösung einblenden

$\frac{\sqrt[3]{x}}{{(\sqrt[3]{x})}^{20}} \cdot {(\sqrt[3]{x})}^{4}$

Wir schreiben zuerst die Wurzelterme in Potenzterme mit rationalen Hochzahlen um:

= $\frac{x^{\frac{1}{3}}}{x^{\frac{20}{3}}} \cdot x^{\frac{4}{3}}$

= $\frac{x^{\frac{1}{3}} \cdot x^{\frac{4}{3}}}{x^{\frac{20}{3}}}$

= $\frac{x^{\frac{1}{3} + \frac{4}{3}}}{x^{\frac{20}{3}}}$

= $\frac{x^{\frac{5}{3}}}{x^{\frac{20}{3}}}$

= $x^{\frac{5}{3} - \frac{20}{3}}$

= $x^{- 5}$

= $\frac{1}{x^{5}}$

42 Bruchgleichungen

Beispiel:

Löse die folgende Gleichung:

$\frac{x}{x - 6} + \frac{6}{x + 6}$ = $\frac{49}{x^{2} - 36}$

Lösung einblenden

D=R\{ $- 6$ ; $6$ }

\frac{x}{x - 6} + \frac{6}{x + 6}

=

\frac{49}{(x + 6) \cdot (x - 6)}

|(Nenner faktorisiert)

Wir multiplizieren den Nenner $(x + 6) \cdot (x - 6)$ weg!

$\frac{x}{x - 6} + \frac{6}{x + 6}$	=	$\frac{49}{(x + 6) \cdot (x - 6)}$	\|⋅( $(x + 6) \cdot (x - 6)$ )
$\frac{x}{x - 6} \cdot (x + 6) \cdot (x - 6) + \frac{6}{x + 6} \cdot (x + 6) \cdot (x - 6)$	=	$\frac{49}{(x + 6) \cdot (x - 6)} \cdot (x + 6) \cdot (x - 6)$
$x (x + 6) + 6 x - 36$	=	$49 \frac{x + 6}{x + 6}$
$x (x + 6) + 6 x - 36$	=	$49$
$x^{2} + 6 x + 6 x - 36$	=	$49$
$x^{2} + 12 x - 36$	=	$49$

x^{2} + 12 x - 36

=

49

|

- 49

$x^{2} + 12 x - 85$ = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x_1,2 = $\frac{- 12 \pm \sqrt{12^{2} - 4 \cdot 1 \cdot (- 85)}}{2 \cdot 1}$

x_1,2 = $\frac{- 12 \pm \sqrt{144 + 340}}{2}$

x_1,2 = $\frac{- 12 \pm \sqrt{484}}{2}$

x₁ = $\frac{- 12 + \sqrt{484}}{2}$ = $\frac{- 12+22}{2}$ = $\frac{10}{2}$ = $5$

x₂ = $\frac{- 12 - \sqrt{484}}{2}$ = $\frac{- 12-22}{2}$ = $\frac{- 34}{2}$ = $- 17$

(Alle Lösungen sind auch in der Definitionsmenge).

L={ $- 17$ ; $5$ }

Funktionstermbestimmung (Grad 4)

Beispiel:

Der Graph einer ganzrationalen Funktion vierten Grades ist achsensymmetrisch zur y-Achse, schneidet die y-Achse 1 Einheiten unterhalb des Ursprungs und hat den Hochpunkt H(1| $1$ ).

Bestimme den Term der Funktion f.

Lösung einblenden

Wenn eine ganzrationale Funktion achsensymmetrisch zur y-Achse ist, kann der Funktionsterm nur gerade x-Exponenten haben.

f(-x) = f(x)

Der gesuchte Funktionsterm muss also $f(x) =$ $a x^{4} + b x^{2} + c$ für bestimmte Werte für a, b und c sein.

Da ihr Graph die y-Achse 1 Einheiten unterhalb des Ursprungs schneidet, muss f(0) = -1 gelten.

Und weil der (Hoch-)Punkt H(1| $1$ ) auf dem Graph von f liegt, muss f(1) = $1$ gelten.

Außerdem wissen wir ja, dass H(1| $1$ ) ein Hochpunkt ist, also muss f'(1)=0 sein.

Somit haben wir drei Informationen:

f(0) = -1 (y-Achsenabschnitt)
f(1)= $1$ (H(1| $1$ ) liegt auf dem Graph)
f'(1)=0 (Hochpunkt bei x=1)

Diese Informationen setzen wir in die allgemeine Funktion und deren Ableitung ein:
$f(x) =$ $a x^{4} + b x^{2} + c$
$f(x) =$ $4 a x^{3} + 2 b x + 0$

Daraus ergibt sich:

f(0) = -1: $a \cdot 0^{4} + b \cdot 0^{2} + c$ = -1, also c = -1
f(1)= $1$ : $a \cdot 1^{4} + b \cdot 1^{2} + c$ = $1$ , also 1⋅a + 1⋅b + c = $1$
f'(1)=0: $4 a \cdot 1^{3} + 2 b \cdot 1 + 0$ = 0, also 4a + 2b = 0

Wir sehen beim Betrachten der ersten Gleichungen, dass c = -1 ist und setzen dies in die zweite Gleichung ein:

2. f(1)= $1$ 1⋅a + 1⋅b + (-1) = $1$ oder umgeformt:
1⋅a + 1⋅b = $2$

Somit erhalten wir folgendes Lineare Gleichungssystem:

\begin{matrix} a & + b & = & 2 & (I) \\ 4 a & + 2 b & = & 0 & (II) \end{matrix}

langsame Rechnung einblenden $4$ ·(I) $- 1$ ·(II)

\begin{matrix} 1 a & 1 b & = & 2 & (I) \\ (4 - 4) a & + (4 - 2) b & = & (8 + 0) & (II) \end{matrix}

\begin{matrix} a & + b & = & 2 & (I) \\ + 2 b & = & 8 & (II) \end{matrix}

Zeile (II):

\begin{matrix} + 2 b & = & 8 \end{matrix}

b = $4$

eingesetzt in Zeile (I):

\begin{matrix} a & + (4) & = & 2 \end{matrix}

| -

4

1

a =

- 2

| : 1

a = $- 2$

Die gesuchte Funktion ist also:

f(x) = $- 2 x^{4} + 4 x^{2} - 1$

65 Graph-Term-Zuordnung

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $\sqrt{x}$

g(x)= $x^{3}$

h(x)= $\sin (x)$

i(x)= $\frac{1}{x}$

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

Den Graph von

x^{3}

erkennt man an seinem Sattelpunkt und der immer größer werdenden Steigung, je weiter sich der Graph vom Ursprung entfernt. Er besitzt die Punkte (-2|-8), (-1|1), (0|0), (1|1), (2|8), usw.

Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion g(x) = $x^{3}$ .

Zu Graph Nr. 2:

Der Graph von

\sqrt{x}

hat im Bereich für negative x keine Funktionswerte. Er steigt zunächst sehr schnell, dann nimmt die Steigung aber ab. Er sieht aus wie eine halbe Parabel, die um 90° gedreht wurde. Er besitzt die Punkte (0|0), (1|1), (4|2), usw.

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion f(x) = $\sqrt{x}$ .

Zu Graph Nr. 3:

Der Graph von

\sin (x)

zwischen 1 und -1. Im Gegensatz zum Kosinus (cos(x)) startet der Sinus für x=0 im Ursprung O(0|0), was man am Einheitskreis rechts sehen kann:

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion h(x) = $\sin (x)$ .

Zu Graph Nr. 4:

Den Graph von

\frac{1}{x}

erkennt man an den Asymptoten an den beiden Achsen. Es handelt sich um eine Hyperbel. Je näher x an 0 kommt, umso betragsmäßig größer wird der Funktionswert (weil ja x im Nenner steht). Je weiter x sich von 0 entfernt, umso betragsmäßig kleiner wird der Funktionswert, weil ja der Nenner immer größer wird. Der Graph verläuft durch die Punkte (1|1) und (-1|-1), weil f(1) =

\frac{1}{1}

= 1 und f(-1) =

\frac{1}{-1}

= -1. Im Gegensatz zu

\frac{1}{x^{2}}

hat er für negative x-Werte negative Funktionswerte und für positive x-Werte positive Funktionswerte.

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion i(x) = $\frac{1}{x}$ .

65 Graph-Term-Zuordnung 2

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)= $\cos (x)$

g(x)= $e^{x}$

h(x)=tan(x)

i(x)= $\frac{1}{x^{2}}$

j(x)= $x^{3}$

k(x)= $\sqrt{x}$

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

Den Graph von

x^{3}

erkennt man an seinem Sattelpunkt und der immer größer werdenden Steigung, je weiter sich der Graph vom Ursprung entfernt. Er besitzt die Punkte (-2|-8), (-1|1), (0|0), (1|1), (2|8), usw.

Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion j(x) = $x^{3}$ .

Zu Graph Nr. 2:

Der Graph von

\cos (x)

schwingt zwischen 1 und -1. Im Gegensatz zum Sinus startet der Kosinus für x=0 bei 1 (cos(0)=1). Im Einheitskreis rechts wird dies deutlich:

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion f(x) = $\cos (x)$ .

Zu Graph Nr. 3:

Beim Graph von tan(x) =

\frac{\sin (x)}{\cos (x)}

sieht man viele Asymptoten. Für x=0 ist tan(0)=

\frac{sin(0)}{cos(0)}

= 0, da sin(0)=0. Für größer werdende x wird der Bruch

\frac{sin(x)}{cos(x)}

, also der Tangens sehr schnell größer, da sin(x) immer größer und cos(x) immer kleiner wird. Geht x gegen

\frac{π}{2}

, so geht der cos(x) gegen 0 und tan(x) =

\frac{sin(x)}{cos(x)}

strebt somit gegen ∞. Daher kommen die Asymptoten. Für x>

\frac{π}{2}

wird der Kosinus und damit der Funktionswert negativ, bleibt aber vom Betrag her sehr groß und wird bei x = π wieder 0, da sin(0) = 0. Da sowohl sin(x) als auch cos(x) 2π-periodisch sind, ist auch der tan(x) 2π-periodisch. (aufgrund der Punkt- bzw. Achsen-Symmetrie von sin(x) und cos(x) bezüglich der Mitte einer Periode ist tan(x) sogar π-periodisch).

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion h(x) = tan(x).

Zu Graph Nr. 4:

Der Graph von

\sqrt{x}

hat im Bereich für negative x keine Funktionswerte. Er steigt zunächst sehr schnell, dann nimmt die Steigung aber ab. Er sieht aus wie eine halbe Parabel, die um 90° gedreht wurde. Er besitzt die Punkte (0|0), (1|1), (4|2), usw.

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion k(x) = $\sqrt{x}$ .

65 Graph-Term-Zuordnung 2 + Trans.

Beispiel:

Ordne die Funktionen den Graphen zu.

f(x)=-tan(x)

g(x)= $e^{x}$

h(x)= $- e^{x}$

i(x)= $- \frac{1}{x^{2}}$

j(x)= $\frac{1}{x^{2}}$

k(x)=tan(x)

1

2

3

4

Lösung einblenden

Zu Graph Nr. 1:

Beim Graph von tan(x) =

\frac{\sin (x)}{\cos (x)}

sieht man viele Asymptoten. Für x=0 ist tan(0)=

\frac{sin(0)}{cos(0)}

= 0, da sin(0)=0. Für größer werdende x wird der Bruch

\frac{sin(x)}{cos(x)}

, also der Tangens sehr schnell größer, da sin(x) immer größer und cos(x) immer kleiner wird. Geht x gegen

\frac{π}{2}

, so geht der cos(x) gegen 0 und tan(x) =

\frac{sin(x)}{cos(x)}

strebt somit gegen ∞. Daher kommen die Asymptoten. Für x>

\frac{π}{2}

wird der Kosinus und damit der Funktionswert negativ, bleibt aber vom Betrag her sehr groß und wird bei x = π wieder 0, da sin(0) = 0. Da sowohl sin(x) als auch cos(x) 2π-periodisch sind, ist auch der tan(x) 2π-periodisch. (aufgrund der Punkt- bzw. Achsen-Symmetrie von sin(x) und cos(x) bezüglich der Mitte einer Periode ist tan(x) sogar π-periodisch).

Der Graph Nr. 1 gehört also zur Funktion k(x) = tan(x).

Zu Graph Nr. 2:

Der Graph von

e^{x}

nähert sich für negative x-Werte der x-Achse an und wächst für positive x-Werte sehr schnell. Er schneidet die y-Achse im Punkt (0|1), da

e^{0}

= 1.

Der Graph Nr. 2 gehört also zur Funktion g(x) = $e^{x}$ .

Zu Graph Nr. 3:

Den Graph von

\frac{1}{x^{2}}

erkennt man an den Asymptoten an den beiden Achsen. Es handelt sich um eine Hyperbel. Je näher x an 0 kommt, umso größer wird der Funktionswert. Je weiter x sich von 0 entfernt, umso kleiner wird der Funktionswert (weil ja x im Nenner steht). Im Gegensatz zu

\frac{1}{x}

hat er sowohl für negative, als auch für positive x positive Funktionswerte. Er ist also achsensymmetrisch bzgl. der y-Achse und enthält z.B. die Punkte (1|1) und (-1|1).

Am Graph Nr. 3 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch an der x-Achse gespiegelt wurden.

Der Graph Nr. 3 gehört also zur Funktion i(x) = $- \frac{1}{x^{2}}$ .

Zu Graph Nr. 4:

Beim Graph von tan(x) =

\frac{\sin (x)}{\cos (x)}

sieht man viele Asymptoten. Für x=0 ist tan(0)=

\frac{sin(0)}{cos(0)}

= 0, da sin(0)=0. Für größer werdende x wird der Bruch

\frac{sin(x)}{cos(x)}

, also der Tangens sehr schnell größer, da sin(x) immer größer und cos(x) immer kleiner wird. Geht x gegen

\frac{π}{2}

, so geht der cos(x) gegen 0 und tan(x) =

\frac{sin(x)}{cos(x)}

strebt somit gegen ∞. Daher kommen die Asymptoten. Für x>

\frac{π}{2}

wird der Kosinus und damit der Funktionswert negativ, bleibt aber vom Betrag her sehr groß und wird bei x = π wieder 0, da sin(0) = 0. Da sowohl sin(x) als auch cos(x) 2π-periodisch sind, ist auch der tan(x) 2π-periodisch. (aufgrund der Punkt- bzw. Achsen-Symmetrie von sin(x) und cos(x) bezüglich der Mitte einer Periode ist tan(x) sogar π-periodisch).

Am Graph Nr. 4 kann man all diese Eigenschaften erkennen, außer dass eben alle Punkte des Graphen noch an der x-Achse gespiegelt wurden.

Der Graph Nr. 4 gehört also zur Funktion f(x) = -tan(x).

Aufgabentypen anhand von Beispielen durchstöbern

37 Wurzelterme vereinfachen

42 Bruchgleichungen

Funktionstermbestimmung (Grad 4)

65 Graph-Term-Zuordnung

Zu Graph Nr. 1:

Zu Graph Nr. 2:

Zu Graph Nr. 3:

Zu Graph Nr. 4:

65 Graph-Term-Zuordnung 2

Zu Graph Nr. 1:

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Zu Graph Nr. 4:

65 Graph-Term-Zuordnung 2 + Trans.

Zu Graph Nr. 1:

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Zu Graph Nr. 4: