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Mathe-Arbeitsblätter Klasse 10

Stellen Sie aus mehr als 25.000 Matheaufgaben von der 3. bis zur 13. Klasse Ihre eigenen Arbeitsblätter zusammen. Alle Aufgaben enthalten Lösungsschritte.

Globalverhalten

Lernziele

  • Bestimmt das Globalverhalten aus dem führenden Term.
  • Ordnet Terme und Graphen anhand des Globalverhaltens zu.
  • Skizziert Graphen mit Nullstellen, Vorzeichen und Globalverhalten.
  • Schließt vom Graphen auf mögliche Grade.
  • Erklärt Grenzen begrenzter Graphenausschnitte.

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55671010
Gegeben ist \(p(x)=7-3x^2-\frac{1}{2}x^5\). a) Welchen Grad hat \(p\)? b) Wie lautet der Leitkoeffizient? c) Welcher Summand entscheidet über das Globalverhalten?

Denkanstöße

- Suche nach dem größten Exponenten, nicht nach dem zuerst geschriebenen Summanden. - Welcher Zahlenfaktor steht vor dem Term mit diesem Exponenten? - Welcher führende Term bestimmt damit das Globalverhalten?

Lösung

1. Der höchste vorkommende Exponent ist \(5\). Daher hat \(p\) den Grad \(5\). 2. Der Koeffizient des Terms mit dem höchsten Exponenten ist \(-\frac{1}{2}\). Das ist der Leitkoeffizient. 3. Der führende Term \(-\frac{1}{2}x^5\) entscheidet über das Globalverhalten. Die Reihenfolge der Summanden und fehlende Potenzen ändern daran nichts.

Antwort

a) Grad \(5\) b) Leitkoeffizient \(-\frac{1}{2}\) c) \(-\frac{1}{2}x^5\)
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Welche der folgenden Terme beschreiben ganzrationale Funktionen? Begründe jeweils kurz über die Exponenten von \(x\). a) \(4x^3-2x+7\) b) \(x^2+\sqrt{x}\) c) \(5-3x^6\) d) \(x^4+\frac{2}{x}\)

Denkanstöße

- Schreibe Wurzeln und Quotienten gedanklich als Potenzen von \(x\). - Welche Exponenten sind bei einer ganzrationalen Funktion erlaubt? - Vergiss nicht, dass ein konstanter Summand als Potenz mit Exponent \(0\) aufgefasst werden kann.

Lösung

1. a) ist ganzrational, weil nur ganzzahlige nicht negative Exponenten vorkommen: \(3\), \(1\) und \(0\). 2. b) ist nicht ganzrational, weil \(\sqrt{x}=x^{1/2}\) keinen ganzzahligen Exponenten besitzt. 3. c) ist ganzrational; die vorkommenden Exponenten sind \(6\) und \(0\). 4. d) ist nicht ganzrational, weil \(\frac{2}{x}=2x^{-1}\) einen negativen Exponenten enthält.

Antwort

a) ganzrational b) nicht ganzrational c) ganzrational d) nicht ganzrational
55811110
Fülle die Tabelle zum Globalverhalten aus. Bestimme die Einträge nur aus Grad und Vorzeichen des Leitkoeffizienten. <table> <tr><td>Funktion</td><td>Grad</td><td>für \(x\to-\infty\)</td><td>für \(x\to\infty\)</td></tr> <tr><td>\(f(x)=x^4\)</td><td>\(\square\)</td><td>\(\square\)</td><td>\(\square\)</td></tr> <tr><td>\(g(x)=-2x^6\)</td><td>\(\square\)</td><td>\(\square\)</td><td>\(\square\)</td></tr> </table>

Denkanstöße

- Sind die höchsten Exponenten \(4\) und \(6\) gerade oder ungerade? - Was passiert mit \(x^4\) und \(x^6\), wenn \(x\) sehr groß positiv oder sehr groß negativ ist? - Welches Vorzeichen hat der Leitkoeffizient bei jeder Funktion?

Lösung

1. Beide Funktionen haben einen geraden Grad. Deshalb zeigen ihre beiden Enden jeweils in dieselbe Richtung. 2. Bei \(f\) ist der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und für \(x\to\infty\). 3. Bei \(g\) ist der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und für \(x\to\infty\).

Antwort

<table> <tr><td>Funktion</td><td>Grad</td><td>für \(x\to-\infty\)</td><td>für \(x\to\infty\)</td></tr> <tr><td>\(f(x)=x^4\)</td><td>\(4\)</td><td>\(f(x)\to\infty\)</td><td>\(f(x)\to\infty\)</td></tr> <tr><td>\(g(x)=-2x^6\)</td><td>\(6\)</td><td>\(g(x)\to-\infty\)</td><td>\(g(x)\to-\infty\)</td></tr> </table>
55811310
Übersetze die Beschreibungen in Grenzwertschreibweise. a) Der Graph von \(f\) verläuft für sehr große negative \(x\)-Werte immer weiter nach unten und für sehr große positive \(x\)-Werte immer weiter nach oben. Ergänze: \(\lim_{x\to-\infty} f(x)=\square\) \(\lim_{x\to\infty} f(x)=\square\) b) Der Graph von \(g\) verläuft an beiden Enden immer weiter nach oben. Ergänze: \(\lim_{x\to-\infty} g(x)=\square\) \(\lim_{x\to\infty} g(x)=\square\)

Denkanstöße

- Welcher Teil der Schreibweise beschreibt das linke Graphenende, welcher das rechte? - „Nach unten“ entspricht Funktionswerten, die immer kleiner werden. - „Nach oben“ entspricht Funktionswerten, die immer größer werden.

Lösung

1. „Für sehr große negative \(x\)-Werte“ beschreibt den Grenzübergang \(x\to-\infty\). „Nach unten“ bedeutet, dass die Funktionswerte gegen \(-\infty\) gehen. 2. „Für sehr große positive \(x\)-Werte“ beschreibt \(x\to\infty\). „Nach oben“ bedeutet, dass die Funktionswerte gegen \(\infty\) gehen. 3. Deshalb gilt bei \(f\): \(\lim_{x\to-\infty} f(x)=-\infty\) und \(\lim_{x\to\infty} f(x)=\infty\). 4. Bei \(g\) gehen die Funktionswerte an beiden Enden gegen \(\infty\). Daher gilt \(\lim_{x\to-\infty} g(x)=\infty\) und \(\lim_{x\to\infty} g(x)=\infty\).

Antwort

a) \(\lim_{x\to-\infty} f(x)=-\infty\) \(\lim_{x\to\infty} f(x)=\infty\) b) \(\lim_{x\to-\infty} g(x)=\infty\) \(\lim_{x\to\infty} g(x)=\infty\)
42313610
Gib jeweils einen möglichen Funktionsterm an. Nutze den angegebenen Grad und begründe deine Wahl mit dem führenden Term. a) \(f\) hat Grad \(4\), \(f(0)=2\), und für \(x\to-\infty\) sowie \(x\to\infty\) gilt \(f(x)\to-\infty\). b) \(g\) hat Grad \(3\), \(g(0)=-1\), und für \(x\to-\infty\) gilt \(g(x)\to-\infty\), für \(x\to\infty\) gilt \(g(x)\to\infty\).

Denkanstöße

- Entscheide zuerst aus dem Grad, ob die beiden Graphenenden in dieselbe oder in entgegengesetzte Richtungen verlaufen. - Welches Vorzeichen muss der Leitkoeffizient jeweils haben? - Wähle danach möglichst einfache weitere Terme, damit der vorgegebene Wert bei \(x=0\) stimmt.

Lösung

1. Bei a) ist der Grad gerade und beide Enden verlaufen nach unten. Der Leitkoeffizient muss deshalb negativ sein. Ein einfacher möglicher Term ist \(f(x)=-x^4+2\). Dann ist \(f(0)=2\), und der führende Term \(-x^4\) liefert an beiden Enden \(-\infty\). 2. Bei b) ist der Grad ungerade. Links verläuft der Graph nach unten und rechts nach oben, also muss der Leitkoeffizient positiv sein. Ein einfacher möglicher Term ist \(g(x)=x^3-1\). Dann ist \(g(0)=-1\), und der führende Term \(x^3\) liefert das verlangte Globalverhalten.

Antwort

Zum Beispiel: a) \(f(x)=-x^4+2\) b) \(g(x)=x^3-1\) Andere Funktionsterme mit denselben Bedingungen sind ebenfalls möglich.
42313710
Gegeben sind vier ganzrationale Funktionen. Bei welchen dieser Funktionen ist das Globalverhalten für \(x \to \infty\) und \(x \to -\infty\) identisch (das heißt, die Funktionswerte streben in beiden Fällen entweder gegen \(+\infty\) oder beide gegen \(-\infty\))? \(f(x) = -3x^4 + 2x^2 - 5\) \(g(x) = 0{,}2x^5 - x^3\) \(h(x) = x^6 + 4x^4 - 1\) \(k(x) = -x^7 + 10x^2\) Begründe deine Auswahl, indem du den Grad der Funktion und den Leitkoeffizienten betrachtest.

Denkanstöße

- Welcher Teil des Funktionsterms bestimmt das Verhalten für sehr große oder sehr kleine \(x\)-Werte? - Erinnere dich an den Unterschied zwischen geraden und ungeraden Exponenten bei negativen Basen. - Schau dir die höchste Potenz von \(x\) in jeder Gleichung genau an. - Spielt das Vorzeichen der Zahl vor der höchsten Potenz eine Rolle für die Symmetrie des Globalverhaltens?

Lösung

1. Bestimmung des Grades \(n\) (höchste Potenz von \(x\)) und des Leitkoeffizienten \(a_n\) (Koeffizient vor \(x^n\)) für jede Funktion. 2. Anwendung der Regel: Das Globalverhalten ist für \(x \to \infty\) und \(x \to -\infty\) genau dann gleich, wenn der Grad \(n\) der Funktion eine gerade Zahl ist. 3. Untersuchung von \(f(x)\): Der Grad ist \(n = 4\) (gerade), der Leitkoeffizient ist \(a_4 = -3\). Da der Grad gerade ist, ist das Verhalten identisch (\(f(x) \to -\infty\) für \(x \to \pm \infty\)). 4. Untersuchung von \(g(x)\): Der Grad ist \(n = 5\) (ungerade). Das Verhalten ist unterschiedlich. 5. Untersuchung von \(h(x)\): Der Grad ist \(n = 6\) (gerade), der Leitkoeffizient ist \(a_6 = 1\). Da der Grad gerade ist, ist das Verhalten identisch (\(h(x) \to \infty\) für \(x \to \pm \infty\)). 6. Untersuchung von \(k(x)\): Der Grad ist \(n = 7\) (ungerade). Das Verhalten ist unterschiedlich.

Antwort

Die Funktionen \(f\) und \(h\) haben für \(x \to \infty\) und \(x \to -\infty\) das gleiche Globalverhalten. Begründung: Eine ganzrationale Funktion zeigt an beiden Rändern des Definitionsbereichs dasselbe Verhalten, wenn ihr Grad \(n\) eine gerade Zahl ist. Bei \(f\) ist der Grad \(4\) und bei \(h\) ist der Grad \(6\). Die Funktionen \(g\) und \(k\) haben hingegen ungerade Grade (\(5\) bzw. \(7\)).
42313810
Eine ganzrationale Funktion \(p\) soll für sehr große und sehr kleine \(x\)-Werte (also für \(x \to \pm \infty\)) stets gegen \(-\infty\) streben. Welche der folgenden Funktionsgleichungen erfüllen diese Bedingung? 1) \(p_1(x) = -x^2 \cdot (x^2 - 4)\) 2) \(p_2(x) = -(x - 2)^3\) 3) \(p_3(x) = -5x^6 + 100x^5\) 4) \(p_4(x) = (1 - x^2) \cdot x^2\) 5) \(p_5(x) = -x^4 - x^5\) Erläutere kurz, welche Bedingungen der Grad \(n\) und der Leitkoeffizient \(a_n\) erfüllen müssen, damit dieses Verhalten auftritt.

Denkanstöße

- Was muss mit dem Vorzeichen passieren, wenn du eine sehr große negative Zahl für \(x\) einsetzt und das Ergebnis negativ sein soll? - Multipliziere die Klammern im Kopf oder auf Papier aus, um die höchste Potenz von \(x\) zu finden. - Achte darauf, dass nicht immer die erste Zahl im Term auch die zum höchsten Grad gehörende Zahl ist. - Welche Kombination aus Grad (gerade/ungerade) und Leitkoeffizient (positiv/negativ) führt dazu, dass der Graph an beiden Seiten nach unten verläuft?

Lösung

1. Analyse der Bedingung: Damit \(\lim_{x \to \pm \infty} p(x) = -\infty\) gilt, muss die Funktion einen geraden Grad \(n\) und einen negativen Leitkoeffizienten \(a_n\) besitzen. 2. Prüfung von \(p_1(x)\): Ausmultipliziert ergibt sich \(-x^4 + 4x^2\). Grad \(n=4\) (gerade), Leitkoeffizient \(a_4 = -1\) (negativ). Bedingung erfüllt. 3. Prüfung von \(p_2(x)\): Höchste Potenz nach dem Ausmultiplizieren ist \(-x^3\). Grad \(n=3\) (ungerade). Bedingung nicht erfüllt. 4. Prüfung von \(p_3(x)\): Höchste Potenz ist \(-5x^6\). Grad \(n=6\) (gerade), Leitkoeffizient \(a_6 = -5\) (negativ). Bedingung erfüllt. 5. Prüfung von \(p_4(x)\): Ausmultipliziert ergibt sich \(x^2 - x^4\). Höchste Potenz ist \(-x^4\). Grad \(n=4\) (gerade), Leitkoeffizient \(a_4 = -1\) (negativ). Bedingung erfüllt. 6. Prüfung von \(p_5(x)\): Der Term mit der höchsten Potenz ist \(-x^5\). Grad \(n=5\) (ungerade). Bedingung nicht erfüllt.

Antwort

Die Funktionsgleichungen 1), 3) und 4) erfüllen die Bedingung. Damit eine ganzrationale Funktion für \(x \to \pm \infty\) gegen \(-\infty\) strebt, muss ihr Grad \(n\) eine gerade Zahl sein und ihr Leitkoeffizient \(a_n\) (der Koeffizient vor der höchsten Potenz) negativ sein (\(a_n < 0\)).
42313910
Untersuche die folgenden Funktionen darauf, ob sie ganzrational sind. Bestimme für die ganzrationalen Funktionen jeweils den Grad \(n\), den Leitkoeffizienten \(a_n\) und das Globalverhalten für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\). a) \(f(x)=-4x^6+2x^3+5\) b) \(g(x)=\frac{1}{3}(x^3-9x)\) c) \(h(x)=x^2-3\sqrt{x}+1\)

Denkanstöße

- Welche Exponenten dürfen bei den Potenzen von \(x\) in einem ganzrationalen Funktionsterm vorkommen? - Welcher Summand bestimmt bei einer ganzrationalen Funktion das Globalverhalten? - Wie wirken sich Parität des Grades und Vorzeichen des Leitkoeffizienten auf die beiden Grenzrichtungen aus?

Lösung

1. \(f\) ist ganzrational, weil der Term nur Potenzen von \(x\) mit ganzzahligen nicht negativen Exponenten enthält. Der Grad ist \(6\) und der Leitkoeffizient ist \(-4\). Daher gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Es ist \(g(x)=\frac{1}{3}x^3-3x\). Auch dieser Term enthält nur Potenzen von \(x\) mit ganzzahligen nicht negativen Exponenten. Der Grad ist \(3\) und der Leitkoeffizient \(\frac{1}{3}\). Daher gilt \(g(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 3. \(h\) ist nicht ganzrational, denn \(\sqrt{x}=x^{\frac{1}{2}}\) enthält keinen ganzzahligen nicht negativen Exponenten.

Antwort

a) Ganzrational; \(n=6\); \(a_6=-4\); \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). b) Ganzrational; \(n=3\); \(a_3=\frac{1}{3}\); \(g(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). c) Nicht ganzrational, da \(\sqrt{x}=x^{\frac{1}{2}}\) keinen ganzzahligen nicht negativen Exponenten besitzt.
42314710
Untersuche das Globalverhalten der folgenden ganzrationalen Funktionen. Beschreibe dazu das Verhalten der Funktionswerte für \(x \to \infty\) und \(x \to -\infty\). a) \(f(x) = 4x^3 - x^4\) b) \(g(x) = \frac{1}{2}x(x^2 - 9)\) c) \(h(x) = -(x-2)^2 \cdot x\)

Denkanstöße

- Welcher Term in der Funktionsgleichung dominiert das Verhalten für sehr große oder sehr kleine \(x\)-Werte? - Bestimme den Grad der Funktion (den höchsten Exponenten) und das Vorzeichen des Koeffizienten vor dieser Potenz. - Überlege dir, wie sich Potenzen mit geraden und ungeraden Exponenten bei negativen Basen verhalten. - Falls die Funktion in Produktschreibweise vorliegt, überlege dir, welche Potenz von \(x\) beim Ausmultiplizieren entstehen würde.

Lösung

1. Bei \(f(x) = 4x^3 - x^4\) ist der Summand mit der höchsten Potenz \(-x^4\). Der Grad \(n=4\) ist gerade und der Leitkoeffizient \(a_4 = -1\) ist negativ. Daraus folgt: Für \(x \to \infty\) gilt \(f(x) \to -\infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt \(f(x) \to -\infty\). 2. Die Funktion \(g(x) = \frac{1}{2}x^3 - 4{,}5x\) hat den Grad \(n=3\) (ungerade) und den Leitkoeffizienten \(a_3 = 0{,}5\) (positiv). Daraus folgt: Für \(x \to \infty\) gilt \(g(x) \to \infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt \(g(x) \to -\infty\). 3. Durch Ausmultiplizieren von \(h(x) = -(x^2 - 4x + 4)x = -x^3 + 4x^2 - 4x\) erkennt man den Grad \(n=3\) (ungerade) und den Leitkoeffizienten \(a_3 = -1\) (negativ). Daraus folgt: Für \(x \to \infty\) gilt \(h(x) \to -\infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt \(h(x) \to \infty\).

Antwort

a) \(f(x) \to -\infty\) für \(x \to \pm \infty\) b) \(g(x) \to \infty\) für \(x \to \infty\) und \(g(x) \to -\infty\) für \(x \to -\infty\) c) \(h(x) \to -\infty\) für \(x \to \infty\) und \(h(x) \to \infty\) für \(x \to -\infty\)
42314810
Gib für die folgenden Funktionen das Verhalten für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\) an. a) \(p(x)=0{,}2x^6-100x^3\) b) \(q(x)=(1-x^2)(x^2+1)\) c) \(r(x)=x^3-x^5+2\)

Denkanstöße

- Achte darauf, dass die Terme nicht immer nach der Größe ihrer Exponenten sortiert sind. - Vereinfache einen Term, wenn dadurch der führende Term leichter erkennbar wird. - Was geschieht mit dem Vorzeichen einer sehr großen negativen Zahl bei geraden beziehungsweise ungeraden Exponenten?

Lösung

1. Bei \(p\) ist der führende Term \(0{,}2x^6\). Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(p(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Es gilt \(q(x)=1-x^4\). Der führende Term ist \(-x^4\). Daher gilt \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 3. Bei \(r\) ist der führende Term \(-x^5\). Der Grad ist ungerade und der Leitkoeffizient negativ. Deshalb gilt \(r(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(r(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\).

Antwort

a) \(p(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\) b) \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\) c) \(r(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(r(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\)
42315710
In der Nähe eines Damms wird die Höhe durch \(H(x)=-0{,}1x^4+5x-1\) modelliert. Dabei beschreibt \(x\) die waagrechte Position und \(H(x)\) die Höhe relativ zu einer Bezugslinie. a) Bestimme das mathematische Globalverhalten von \(H\) für \(x\to-\infty\) und \(x\to\infty\). b) Was würde die Formel für sehr große Beträge von \(x\) über die Höhe aussagen? c) Erkläre, warum man dieses Modell trotzdem nicht für beliebig große \(|x|\) verwenden sollte.

Denkanstöße

- Welcher Term entscheidet für sehr große Beträge von \(x\) über das Verhalten? - Was folgt aus geradem Grad und negativem Leitkoeffizienten? - Unterscheide zwischen dem mathematischen Verhalten des Polynoms und dem Bereich, für den das Modell gedacht ist.

Lösung

1. Der führende Term ist \(-0{,}1x^4\). Er hat geraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten. Deshalb gilt \(H(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und auch für \(x\to\infty\). 2. Würde man die Formel für sehr große \(|x|\) weiterverwenden, würde sie auf beiden Seiten immer kleinere Höhenwerte liefern. 3. Die Formel beschreibt nur einen begrenzten Bereich des Damms. Außerhalb dieses Bereichs muss das reale Gelände nicht dem Polynom folgen. Das mathematische Globalverhalten ist daher nicht automatisch eine Aussage über das Gelände in beliebiger Entfernung.

Antwort

a) \(H(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(H(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). b) Die berechnete Höhe würde auf beiden Seiten ohne Grenze abnehmen. c) Das Polynom ist nur ein Modell für einen begrenzten Bereich und darf nicht beliebig weit fortgesetzt werden.
42315810
Gegeben sind vier ganzrationale Funktionen. Ordne jeder Funktion das passende Globalverhalten zu. Funktionen: 1. \(a(x) = 5x^3 - x\) 2. \(b(x) = -x^4 + 8x^2\) 3. \(c(x) = -2x^5 + 1\) 4. \(d(x) = 0{,}5x^2 + 3x\) Mögliches Globalverhalten: I. Für \(x \to \pm \infty\) gilt \(y \to \infty\). II. Für \(x \to \pm \infty\) gilt \(y \to -\infty\). III. Für \(x \to \infty\) gilt \(y \to \infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt \(y \to -\infty\). IV. Für \(x \to \infty\) gilt \(y \to -\infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt \(y \to \infty\).

Denkanstöße

- Schau dir für jede Funktion nur den Summanden mit der höchsten Potenz an. - Überlege dir: Ist der höchste Exponent gerade oder ungerade? - Ist die Zahl vor der höchsten Potenz (der Leitkoeffizient) positiv oder negativ? - Was passiert mit dem Vorzeichen, wenn man eine sehr große positive oder eine sehr kleine negative Zahl einsetzt?

Lösung

1. \(a(x) = 5x^3 - x\): Grad 3 (ungerade), Leitkoeffizient 5 (positiv). Verhalten wie \(x^3\): \(x \to \infty \implies y \to \infty\) und \(x \to -\infty \implies y \to -\infty\). Zuordnung: III. 2. \(b(x) = -x^4 + 8x^2\): Grad 4 (gerade), Leitkoeffizient -1 (negativ). Verhalten wie \(-x^4\): \(x \to \pm \infty \implies y \to -\infty\). Zuordnung: II. 3. \(c(x) = -2x^5 + 1\): Grad 5 (ungerade), Leitkoeffizient -2 (negativ). Verhalten wie \(-x^5\): \(x \to \infty \implies y \to -\infty\) und \(x \to -\infty \implies y \to \infty\). Zuordnung: IV. 4. \(d(x) = 0{,}5x^2 + 3x\): Grad 2 (gerade), Leitkoeffizient \(0{,}5\) (positiv). Verhalten wie \(x^2\): \(x \to \pm \infty \implies y \to \infty\). Zuordnung: I.

Antwort

1 \(\to\) III, 2 \(\to\) II, 3 \(\to\) IV, 4 \(\to\) I
42329110
Untersuche das Globalverhalten der folgenden ganzrationalen Funktionen für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\). Ordne jeder Funktion die Potenzfunktion mit demselben Globalverhalten zu: \(f_1(x)=x^2\), \(f_2(x)=-x^2\), \(f_3(x)=x^3\) oder \(f_4(x)=-x^3\). a) \(a(x)=-x^4+2x^2+5\) b) \(b(x)=(x+1)(x-2)(x+3)\) c) \(c(x)=4x^2-x^5\) d) \(d(x)=\frac{1}{2}x^6+10x\)

Denkanstöße

- Welcher führende Term bestimmt bei jeder Funktion das Globalverhalten? - Ist der zugehörige Grad gerade oder ungerade? - Welches Vorzeichen besitzt der Leitkoeffizient?

Lösung

1. Bei a) ist der führende Term \(-x^4\). Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(a(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Das entspricht \(f_2\). 2. Bei b) entsteht aus den führenden Termen der Faktoren \(x^3\). Daher gilt \(b(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(b(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). Das entspricht \(f_3\). 3. Bei c) ist der führende Term \(-x^5\). Daher gilt \(c(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(c(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). Das entspricht \(f_4\). 4. Bei d) ist der führende Term \(\frac{1}{2}x^6\). Daher gilt \(d(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Das entspricht \(f_1\).

Antwort

a) \(f_2(x)=-x^2\) b) \(f_3(x)=x^3\) c) \(f_4(x)=-x^3\) d) \(f_1(x)=x^2\)
42329210
Das Globalverhalten einer ganzrationalen Funktion wird durch ihren führenden Term bestimmt. a) Beschreibe das Globalverhalten von \(p(x)=-x^3\). b) Prüfe, ob \(g(x)=(2-x)(x^2+4)\) dasselbe Globalverhalten wie \(p\) besitzt. c) Welche der vier Funktionen \(x^2\), \(-x^2\), \(x^3\) oder \(-x^3\) hat dasselbe Globalverhalten wie \(h(x)=-3x^4+100x^3\)? Begründe über Grad und Leitkoeffizient.

Denkanstöße

- Welches Globalverhalten hat die Grundfunktion \(-x^3\)? - Welcher führende Term entsteht bei \(g\) aus den führenden Termen der beiden Faktoren? - Welche Kombination aus Gradparität und Vorzeichen des Leitkoeffizienten liegt bei \(h\) vor?

Lösung

1. Für \(p(x)=-x^3\) gilt \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). 2. Bei \(g\) entsteht aus den führenden Termen \((-x)\cdot x^2=-x^3\). Damit haben \(g\) und \(p\) dasselbe Globalverhalten. 3. Bei \(h\) ist der führende Term \(-3x^4\). Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Das entspricht \(-x^2\).

Antwort

a) \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) b) Ja. \(g\) hat denselben führenden Term \(-x^3\). c) \(-x^2\), weil \(h\) einen geraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten besitzt.
42382310
Untersuche das Globalverhalten der ganzrationalen Funktion \(f\) mit der Gleichung \(f(x) = -2x^5 + 10x^3 - 4\). Bestimme dazu das Verhalten der Funktionswerte für \(x \to \infty\) und \(x \to -\infty\) und begründe dein Ergebnis mithilfe des Grades und des Leitkoeffizienten.

Denkanstöße

- Welcher Summand im Funktionsterm dominiert die Werte der Funktion für sehr große oder sehr kleine \(x\)-Werte? - Wie beeinflusst eine ungerade Hochzahl das Vorzeichen bei negativen \(x\)-Werten? - Was bewirkt ein negativer Faktor vor der höchsten Potenz für das Gesamtergebnis?

Lösung

1. Bestimmung des Terms mit der höchsten Potenz: \(-2x^5\). 2. Identifikation des Grades: \(n = 5\) (ungerade Zahl). 3. Identifikation des Leitkoeffizienten: \(a_5 = -2\) (negativ). 4. Analyse für \(x \to \infty\): Da der Grad ungerade und der Leitkoeffizient negativ ist, gilt \(f(x) \to -\infty\). 5. Analyse für \(x \to -\infty\): Da der Grad ungerade und der Leitkoeffizient negativ ist, gilt \(f(x) \to \infty\).

Antwort

Für \(x \to \infty\) gilt \(f(x) \to -\infty\). Für \(x \to -\infty\) gilt \(f(x) \to \infty\). Begründung: Der Grad \(n = 5\) ist ungerade und der Leitkoeffizient \(a_5 = -2\) ist negativ.
42382410
Gegeben sind \(g(x)=-x^4+3x^2\) und \(h(x)=-0{,}5x^6+10x^5\). Untersuche, ob beide Funktionen für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\) dasselbe Globalverhalten zeigen. Begründe durch einen Vergleich der Grade und Leitkoeffizienten.

Denkanstöße

- Betrachte bei beiden Funktionen den führenden Term. - Welche Gemeinsamkeit haben die Grade \(4\) und \(6\)? - Welche Rolle spielt das Vorzeichen des Leitkoeffizienten?

Lösung

1. Bei \(g\) ist der Grad \(4\) und der Leitkoeffizient \(-1\). Wegen des geraden Grades und des negativen Leitkoeffizienten gilt \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Bei \(h\) ist der Grad \(6\) und der Leitkoeffizient \(-0{,}5\). Daher gilt ebenfalls \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 3. Beide Funktionen besitzen also dasselbe Globalverhalten.

Antwort

Ja. Für \(g\) und \(h\) gilt jeweils \(\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\), weil beide einen geraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten haben.
43242210
Gegeben ist die ganzrationale Funktion \(f(x)=-0{,}1x^3+1{,}2x-1\). a) Bestimme das Globalverhalten von \(f\) für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\). Notiere deine Antwort in Limes-Schreibweise. b) Begründe anhand des Globalverhaltens, 1. warum der Grad von \(f\) ungerade ist, 2. welches Vorzeichen der Leitkoeffizient besitzt.

Denkanstöße

- Welcher führende Term bestimmt das Globalverhalten? - Wie kannst du das Verhalten für sehr große positive und negative \(x\)-Werte in Limes-Schreibweise notieren? - Was verraten gleiche oder verschiedene Grenzrichtungen über die Parität des Grades? - Was verrät die rechte Grenzrichtung über das Vorzeichen des Leitkoeffizienten?

Lösung

1. Der führende Term ist \(-0{,}1x^3\). Daher gilt \(\lim_{x\to-\infty}f(x)=\infty\) und \(\lim_{x\to\infty}f(x)=-\infty\). 2. Die beiden Grenzrichtungen sind verschieden. Das ist bei einer ganzrationalen Funktion nur bei ungeradem Grad möglich. 3. Bei ungeradem Grad führt das Verhalten \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) auf einen negativen Leitkoeffizienten.

Antwort

a) \(\lim_{x\to-\infty}f(x)=\infty\) und \(\lim_{x\to\infty}f(x)=-\infty\) b) 1. Der Grad ist ungerade, weil die beiden Grenzrichtungen verschieden sind. 2. Der Leitkoeffizient ist negativ, weil \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) gilt.
43359310
Untersuche die Graphen der ganzrationalen Funktionen \(p\) und \(q\). Zusätzlich ist bekannt: Für \(p\) gilt \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). Für \(q\) gilt \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Entscheide für jede Funktion, ob ihr Grad gerade oder ungerade ist und welches Vorzeichen ihr Leitkoeffizient hat. Erkläre außerdem, wie die dargestellten Graphen zu diesen Angaben passen.
Abbildung zur Aufgabe 433593

Denkanstöße

- Vergleiche bei jeder Funktion die beiden ausdrücklich angegebenen Grenzrichtungen. - Gleiche Grenzrichtungen gehören zu einem geraden Grad, verschiedene zu einem ungeraden Grad. - Das Verhalten für \(x\to\infty\) entscheidet anschließend über das Vorzeichen des Leitkoeffizienten.

Lösung

1. Bei \(p\) sind die beiden Grenzrichtungen verschieden. Daher ist der Grad ungerade. Weil \(p(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\), ist der Leitkoeffizient positiv. 2. Bei \(q\) gehen beide Grenzrichtungen gegen \(-\infty\). Daher ist der Grad gerade und der Leitkoeffizient negativ. 3. Die dargestellten Ausschnitte sind mit diesen algebraisch gegebenen Globalverhalten vereinbar: \(p\) verläuft im Fenster von links unten nach rechts oben, während bei \(q\) beide sichtbaren Seiten nach unten weisen.

Antwort

\(p\): ungerader Grad, positiver Leitkoeffizient. \(q\): gerader Grad, negativer Leitkoeffizient.
43393610
Betrachte den abgebildeten Graphen einer ganzrationalen Funktion \(f\). Für die Funktion ist außerdem bekannt: \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). Entscheide begründet, ob der Grad der Funktion gerade oder ungerade ist und welches Vorzeichen der Leitkoeffizient hat. Erläutere anschließend, inwiefern der dargestellte Graphausschnitt mit diesen Angaben vereinbar ist.
Abbildung zur Aufgabe 433936

Denkanstöße

- Vergleiche die beiden angegebenen Grenzrichtungen: gleich oder verschieden? - Welche Gradparität gehört zu gleichen Grenzrichtungen? - Welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten passt bei geradem Grad zu \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\)?

Lösung

1. Beide ausdrücklich gegebenen Grenzwerte zeigen in dieselbe Richtung. Daher ist der Grad von \(f\) gerade. 2. Für \(x\to\infty\) gilt \(f(x)\to-\infty\). Bei geradem Grad bedeutet dies, dass der Leitkoeffizient negativ ist. 3. Im dargestellten endlichen Ausschnitt weisen die sichtbaren linken und rechten Bereiche nach unten. Das ist mit dem angegebenen Globalverhalten vereinbar, dient aber nicht als Beweis für die Grenzwerte.

Antwort

Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient negativ. Der gezeigte Graphausschnitt ist mit dem ausdrücklich angegebenen Globalverhalten vereinbar.
43393810
Gegeben ist der Graph einer ganzrationalen Funktion \(h\). Von ihrem Funktionsterm ist bekannt, dass der führende Term \(0{,}4x^3\) lautet. a) Gib das Globalverhalten von \(h\) an. b) Entscheide, ob der Grad der Funktion gerade oder ungerade ist. c) Erkläre, inwiefern der dargestellte Graphausschnitt mit deinen algebraisch bestimmten Aussagen vereinbar ist. Verwende den Bildrand nicht als Beweis für Grenzwerte.
Abbildung zur Aufgabe 433938

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen hat der Leitkoeffizient des führenden Terms? - Welches Globalverhalten folgt daraus für große positive und negative \(x\)-Werte? - Was kann ein endlicher Graphausschnitt bestätigen, aber nicht beweisen?

Lösung

1. Der führende Term \(0{,}4x^3\) hat ungeraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten. 2. Daher gilt \(h(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 3. Der Grad ist ungerade. 4. Im dargestellten endlichen Ausschnitt liegt der sichtbare rechte Teil höher und der sichtbare linke Teil tiefer. Das ist mit dem algebraisch bestimmten Globalverhalten vereinbar, beweist es aber nicht.

Antwort

a) \(h(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) b) Der Grad ist ungerade. c) Der sichtbare Verlauf ist damit vereinbar, beweist die Grenzwerte aber nicht.
55671210
Gegeben ist die ganzrationale Funktion \(f(x)=3x^6-5x^2-3x^6+2x^4-1\). a) Vereinfache den Funktionsterm. b) Bestimme anschließend Grad, Leitkoeffizient und Globalverhalten.

Denkanstöße

- Welche Summanden mit derselben Potenz kannst du zusammenfassen? - Welcher Exponent ist nach dem Vereinfachen der größte? - Welche Eigenschaften des führenden Terms bestimmen das Globalverhalten?

Lösung

1. Die beiden Summanden mit \(x^6\) heben sich auf. Daher gilt \(f(x)=2x^4-5x^2-1\). 2. Der höchste verbleibende Exponent ist \(4\); der Leitkoeffizient ist \(2\). Der führende Term ist \(2x^4\). 3. Wegen des geraden Grades und des positiven Leitkoeffizienten gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\).

Antwort

a) \(f(x)=2x^4-5x^2-1\) b) Grad \(4\), Leitkoeffizient \(2\); \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\)
55811210
Tim behauptet: „Bei ungeradem Grad zeigen beide Enden eines Polynomgraphen in dieselbe Richtung.“ Prüfe die Aussage an den Funktionen \(p(x)=x^3\) und \(q(x)=-2x^5\). Gib für beide Funktionen das Globalverhalten für \(x\to-\infty\) und \(x\to\infty\) an. Formuliere danach die richtige Regel für Polynome ungeraden Grades.

Denkanstöße

- Sind die Grade von \(p\) und \(q\) gerade oder ungerade? - Vergleiche das Vorzeichen des Leitkoeffizienten mit der Richtung des rechten Graphenendes. - Zeigen die beiden Enden bei jeder der beiden Funktionen in dieselbe oder in entgegengesetzte Richtungen?

Lösung

1. \(p(x)=x^3\) hat ungeraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). 2. \(q(x)=-2x^5\) hat ungeraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt \(q(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). 3. Tims Aussage ist falsch. Bei ungeradem Grad verlaufen die beiden Enden in entgegengesetzte Richtungen. Das Vorzeichen des Leitkoeffizienten bestimmt, ob das rechte Ende nach oben oder nach unten verläuft.

Antwort

Die Aussage ist falsch. \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). \(q(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). Bei ungeradem Grad verlaufen die beiden Enden in entgegengesetzte Richtungen. Bei positivem Leitkoeffizienten verläuft das rechte Ende nach oben, bei negativem nach unten.
55811610
Für die Funktion \(m(x)=0{,}1x^4-2x^2\) wurden einige Werte berechnet: <table> <tr><td>\(x\)</td><td>\(-2\)</td><td>\(-1\)</td><td>\(0\)</td><td>\(1\)</td><td>\(2\)</td></tr> <tr><td>\(m(x)\)</td><td>\(-6{,}4\)</td><td>\(-1{,}9\)</td><td>\(0\)</td><td>\(-1{,}9\)</td><td>\(-6{,}4\)</td></tr> </table> Lea sagt: „Die Tabelle zeigt, dass die Funktionswerte an beiden Seiten immer weiter fallen. Also gilt \(m(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\).“ a) Erkläre, warum die Tabelle diese Aussage nicht beweist. b) Bestimme das tatsächliche Globalverhalten aus dem Funktionsterm.

Denkanstöße

- Welche \(x\)-Werte deckt die Tabelle tatsächlich ab? - Globalverhalten beschreibt Werte weit außerhalb jedes festen Zahlenbereichs. - Welcher Term entscheidet bei sehr großen Beträgen von \(x\) über das Verhalten von \(m\)?

Lösung

1. Die Tabelle zeigt nur fünf Funktionswerte im begrenzten Bereich von \(x=-2\) bis \(x=2\). Daraus lässt sich das Verhalten für beliebig große positive oder negative \(x\)-Werte nicht ablesen. 2. Der führende Term von \(m\) ist \(0{,}1x^4\). Er hat geraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten. 3. Deshalb gilt \(m(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(m(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). Leas Schluss ist also falsch.

Antwort

a) Die Tabelle zeigt nur Werte zwischen \(x=-2\) und \(x=2\) und kann deshalb das Verhalten für \(|x|\to\infty\) nicht beweisen. b) \(m(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(m(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\).
42314010
Das Globalverhalten einer ganzrationalen Funktion \(f\) wird durch die folgende Beschreibung charakterisiert: „Für \(x \to \infty\) streben die Funktionswerte gegen \(-\infty\) und für \(x \to -\infty\) streben die Funktionswerte gegen \(\infty\).“ 1. Welche Bedingungen müssen für den Grad \(n\) (gerade oder ungerade) und den Leitkoeffizienten \(a_n\) (positiv oder negativ) der Funktion erfüllt sein? 2. Welche der folgenden Funktionen zeigen dieses Verhalten? Begründe kurz. - \(p(x) = -0{,}5x^3 + 2x^2\) - \(q(x) = x^4 - 10x^3\) - \(r(x) = (2-x) \cdot x^2\)

Denkanstöße

- Überlege dir, wie sich Potenzen wie \(x^2, x^3, x^4\) verhalten, wenn man sehr große positive oder negative Zahlen einsetzt. - Was passiert mit dem Ergebnis einer Potenz, wenn man es mit einer negativen Zahl multipliziert? - Erinnere dich an die vier Grundtypen des Globalverhaltens bei ganzrationalen Funktionen.

Lösung

1. Damit eine Funktion unterschiedliches Verhalten an den Rändern zeigt (\(\infty\) und \(-\infty\)), muss der Grad \(n\) ungerade sein. Damit die Werte für positive \(x\) gegen \(-\infty\) laufen, muss der Leitkoeffizient \(a_n\) negativ sein. 2. Überprüfung der Funktionen: - \(p(x) = -0{,}5x^3 + 2x^2\): Der Grad ist \(3\) (ungerade) und der Leitkoeffizient ist \(-0{,}5\) (negativ). Das Verhalten passt zur Beschreibung. - \(q(x) = x^4 - 10x^3\): Der Grad ist \(4\) (gerade). Bei geradem Grad streben die Werte für \(x \to \pm\infty\) in dieselbe Richtung. Das Verhalten passt nicht. - \(r(x) = (2-x) \cdot x^2 = -x^3 + 2x^2\): Der Grad ist \(3\) (ungerade) und der Leitkoeffizient ist \(-1\) (negativ). Das Verhalten passt zur Beschreibung.

Antwort

1. Der Grad \(n\) muss ungerade sein und der Leitkoeffizient \(a_n\) muss negativ sein (\(a_n < 0\)). 2. Die Funktionen \(p(x)\) und \(r(x)\) zeigen dieses Verhalten, da beide einen ungeraden Grad (\(n=3\)) und einen negativen Leitkoeffizienten (\(-0{,}5\) bzw. \(-1\)) besitzen.
42315410
Gegeben sind \(f(x)=4x^4-2x^2\) und \(g(x)=kx^4+x^3\) mit \(k\in\mathbb{R}\). Die Summenfunktion ist \(h(x)=f(x)+g(x)\). a) Bestimme das Globalverhalten von \(h\) für \(k=-4\). b) Für welche Werte von \(k\) gilt \(h(x)\to-\infty\) sowohl für \(x\to\infty\) als auch für \(x\to-\infty\)? Begründe mithilfe von Grad und Leitkoeffizient.

Denkanstöße

- Fasse zunächst die Summanden mit gleichen Potenzen von \(x\) zusammen. - Was geschieht mit dem Term vierten Grades bei \(k=-4\), und welcher Term bestimmt dann das Globalverhalten? - Welche Kombination aus Gradparität und Vorzeichen des Leitkoeffizienten führt zu \(-\infty\) auf beiden Seiten? - Welche Bedingung ergibt sich dadurch für \(4+k\)?

Lösung

1. Zusammenfassen gleichartiger Potenzen ergibt \(h(x)=(4+k)x^4+x^3-2x^2\). 2. Für \(k=-4\) fällt der Term vierten Grades weg. Dann ist \(h(x)=x^3-2x^2\). Der Grad ist \(3\) und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(h(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 3. Für das in b) geforderte Globalverhalten muss der höchste Grad gerade und sein Leitkoeffizient negativ sein. 4. Für \(k\neq-4\) ist der Grad \(4\) und der Leitkoeffizient \(4+k\). Daher ist die Bedingung genau für \(4+k<0\), also \(k<-4\), erfüllt.

Antwort

a) Für \(k=-4\) gilt \(h(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). b) Für \(k<-4\) gilt \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\).
42325110
Untersuche, ob es einen Wert \(a\in\mathbb{R}\) gibt, sodass der Graph der Funktion \(f\) mit \(f(x)=a(x+2)(x-1)(x-3)\) durch den Punkt \(P(0\mid12)\) verläuft und dasselbe Globalverhalten wie \(g(x)=5x^3\) aufweist.

Denkanstöße

- Welche Gleichung erhältst du, wenn du den gegebenen Punkt in \(f\) einsetzt? - Wie bestimmst du Grad und Vorzeichen des Leitkoeffizienten aus der faktorisierten Form? - Welche beiden Merkmale entscheiden über das Globalverhalten einer ganzrationalen Funktion?

Lösung

1. Aus \(P(0\mid12)\) folgt \(12=a\cdot2\cdot(-1)\cdot(-3)=6a\), also \(a=2\). 2. In der faktorisierten Form erkennt man, dass \(f\) den Grad \(3\) und wegen \(a=2\) einen positiven Leitkoeffizienten besitzt. 3. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 4. Für \(g(x)=5x^3\) gilt dasselbe Globalverhalten. Somit erfüllt \(a=2\) beide Bedingungen.

Antwort

Ja. Es gilt \(a=2\); dann haben \(f\) und \(g\) denselben ungeraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten und damit dasselbe Globalverhalten.
42325210
Beurteile, ob eine Zahl \(k\) existiert, sodass der Graph der Funktion \(f(x)=k(x^2+2)(x-4)^2\) durch den Punkt \(P(2\mid24)\) geht und für \(x\to\pm\infty\) gegen \(-\infty\) strebt.

Denkanstöße

- Bestimme zuerst \(k\) mithilfe des gegebenen Punkts. - Welchen Grad hat die Funktion insgesamt? - Welches Vorzeichen müsste der führende Term für beidseitiges Verhalten nach unten haben? - Passt dieses Vorzeichen zum Wert von \(k\)?

Lösung

1. Aus \(P(2\mid24)\) folgt \(24=k(2^2+2)(2-4)^2=24k\). Daher ist \(k=1\). 2. Der Grad der Funktion ist \(4\). Für \(k=1\) ist der führende Term \(x^4\). 3. Bei geradem Grad und positivem Leitkoeffizienten gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 4. Für das geforderte Verhalten nach unten wäre dagegen ein negativer Leitkoeffizient nötig. Das widerspricht \(k=1\). 5. Daher existiert keine solche Zahl \(k\).

Antwort

Nein. Aus \(P(2\mid24)\) folgt \(k=1\). Dann ist der führende Term \(x^4\), also gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\).
42878110
Gegeben ist \(f(x)=3(x-1)(x+2)(x-4)\). 1. Bestimme Grad und Leitkoeffizient direkt aus der Produktform und begründe deine Entscheidung. 2. Bestimme daraus das Globalverhalten für \(x\to-\infty\) und \(x\to\infty\). 3. Multipliziere den Term anschließend aus und überprüfe damit den Leitkoeffizienten.

Denkanstöße

- Welcher führende Term entsteht, wenn du aus jedem Faktor nur den höchsten Potenzterm verwendest? - Welche Rolle spielen Gradparität und Vorzeichen des Leitkoeffizienten für das Globalverhalten? - Nutze das vollständige Ausmultiplizieren erst als Kontrolle.

Lösung

1. Für den führenden Term werden aus den drei Faktoren jeweils die höchsten Potenzen multipliziert. Es entsteht \(3x^3\). Also hat \(f\) den Grad \(3\) und den Leitkoeffizienten \(3\). 2. Der Grad ist ungerade und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). 3. Es ist \((x-1)(x+2)=x^2+x-2\) und \((x^2+x-2)(x-4)=x^3-3x^2-6x+8\). Somit ist \(f(x)=3x^3-9x^2-18x+24\). Der Leitkoeffizient ist wieder \(3\).

Antwort

1. Grad \(3\), Leitkoeffizient \(3\) 2. \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\); \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) 3. \(f(x)=3x^3-9x^2-18x+24\)
42878210
Betrachte \(p(x)=-2(x+1)^2(x-3)\). 1. Bestimme Grad und Leitkoeffizient direkt aus der Produktform. 2. Gib das Globalverhalten von \(p\) für \(x\to-\infty\) und \(x\to\infty\) an und begründe es mit dem führenden Term. 3. Multipliziere den Term aus. Gib zusätzlich das Absolutglied an und überprüfe den Leitkoeffizienten.

Denkanstöße

- Für den führenden Term genügt es, in der Produktform nur die höchsten Potenzen der Faktoren zu betrachten. - Welche Kombination aus ungeradem Grad und negativem Leitkoeffizienten liegt vor? - Nutze das vollständige Ausmultiplizieren anschließend als Kontrolle.

Lösung

1. Der führende Term des Produkts ist \(-2\cdot x^2\cdot x=-2x^3\). Also hat \(p\) den Grad \(3\) und den Leitkoeffizienten \(-2\). 2. Der Grad ist ungerade und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(p(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). 3. Aus \((x+1)^2=x^2+2x+1\) folgt \((x^2+2x+1)(x-3)=x^3-x^2-5x-3\). Damit ist \(p(x)=-2x^3+2x^2+10x+6\). Das Absolutglied ist \(6\), der Leitkoeffizient \(-2\).

Antwort

1. Grad \(3\), Leitkoeffizient \(-2\) 2. \(p(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\); \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) 3. \(p(x)=-2x^3+2x^2+10x+6\); Absolutglied \(6\)
43232610
Gegeben sind vier ganzrationale Funktionen: 1. \(f(x)=0{,}2x^3-0{,}8x\) 2. \(g(x)=-0{,}25x^4+2x^2\) 3. \(h(x)=0{,}15x^4-1{,}5x^2+2\) 4. \(k(x)=-0{,}3x^3+1{,}5x\) Bestimme für jeden Term das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. Ordne anschließend den Graphen A, B und C jeweils den passenden Funktionsterm zu und begründe jede Zuordnung mit deinem algebraisch bestimmten Globalverhalten. Welcher Funktionsterm bleibt übrig?
Abbildung zur Aufgabe 432326

Denkanstöße

- Bestimme für jeden Term Grad und Vorzeichen des Leitkoeffizienten. - Welche der vier möglichen Kombinationen liegt jeweils vor? - Begründe die Zuordnung zu den sichtbaren Graphen mit diesen algebraischen Eigenschaften; ein endlicher Ausschnitt allein beweist kein Grenzverhalten.

Lösung

1. \(f\) hat Grad \(3\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt rechts \(\infty\), links \(-\infty\). 2. \(g\) hat Grad \(4\) und einen negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt beidseitig \(-\infty\). 3. \(h\) hat Grad \(4\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt beidseitig \(\infty\). 4. \(k\) hat Grad \(3\) und einen negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt rechts \(-\infty\), links \(\infty\). 5. Graph A passt zu \(g\), Graph B zu \(f\) und Graph C zu \(h\). Für \(k\) ist kein Graph dargestellt.

Antwort

\(f\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); Graph B \(g\): beidseitig \(-\infty\); Graph A \(h\): beidseitig \(\infty\); Graph C \(k\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); kein dargestellter Graph
43232710
Gegeben sind die vier ganzrationalen Funktionen \(p(x)=x^3-3x\), \(q(x)=-x^3+x\), \(r(x)=-x^4+2x^2\) und \(s(x)=x^4-2x^2\). a) Bestimme für alle vier Terme das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient und gib ihre Symmetrie an. b) Ordne Graph 1 und Graph 2 den passenden Funktionen zu. Begründe jede Zuordnung mit den algebraisch bestimmten Eigenschaften.
Abbildung zur Aufgabe 432327

Denkanstöße

- Bestimme Globalverhalten und Symmetrie aus jedem Funktionsterm. - Welche Exponentenstruktur zeigt Achsensymmetrie zur \(y\)-Achse beziehungsweise Punktsymmetrie zum Ursprung? - Begründe die Graphzuordnung mit den algebraischen Eigenschaften; die sichtbaren Ausschnitte allein beweisen keine Grenzwerte.

Lösung

1. \(p\) und \(q\) haben Grad \(3\) und sind punktsymmetrisch zum Ursprung. Für \(p\) gilt rechts \(\infty\), links \(-\infty\); für \(q\) rechts \(-\infty\), links \(\infty\). 2. \(r\) und \(s\) haben Grad \(4\) und sind achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. Für \(r\) gilt beidseitig \(-\infty\), für \(s\) beidseitig \(\infty\). 3. Graph 1 passt zu \(p\), Graph 2 zu \(r\).

Antwort

a) \(p\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts \(\infty\), links \(-\infty\); \(q\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(r\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, beidseitig \(-\infty\); \(s\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, beidseitig \(\infty\) b) Graph 1 gehört zu \(p\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts nach oben und links nach unten. Graph 2 gehört zu \(r\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und auf beiden Seiten nach unten.
43232910
Ordne den vier ganzrationalen Funktionen den passenden Graphen A, B, C oder D zu. Begründe jede Zuordnung kurz mit Globalverhalten, Symmetrie oder einem Achsenschnittpunkt. <table> <tr> <th style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">Funktion</th> <th style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">Passender Graph</th> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(g_1(x)=x^3-3x^2+2\)</td> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(\square\)</td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(g_2(x)=0{,}2x^3-0{,}6x\)</td> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(\square\)</td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(g_3(x)=0{,}2x^4-x^2-1\)</td> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(\square\)</td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(g_4(x)=-0{,}25x^4+2x^2\)</td> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(\square\)</td> </tr> </table>
Abbildung zur Aufgabe 432329

Denkanstöße

- Bestimme Grad und Leitkoeffizient jedes Terms und daraus das Globalverhalten. - Welche Funktionen sind wegen ihrer Exponentenstruktur achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse oder punktsymmetrisch zum Ursprung? - Nutze einen \(y\)-Achsenabschnitt, wenn nach den globalen Eigenschaften noch zwei Graphen möglich sind.

Lösung

1. \(g_1\) und \(g_2\) haben Grad \(3\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt jeweils rechts \(\infty\) und links \(-\infty\). Es bleiben A und C. 2. \(g_3\) hat Grad \(4\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt beidseitig \(\infty\). Das passt zu D. 3. \(g_4\) hat Grad \(4\) und einen negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt beidseitig \(-\infty\). Das passt zu B. 4. Zur Unterscheidung von A und C gilt \(g_1(0)=2\) und \(g_2(0)=0\). Außerdem ist \(g_2\) punktsymmetrisch zum Ursprung. Daher gehört \(g_1\) zu C und \(g_2\) zu A.

Antwort

\(g_1\to C\): kubisch mit positivem Leitkoeffizienten und \(g_1(0)=2\) \(g_2\to A\): kubisch mit positivem Leitkoeffizienten, punktsymmetrisch zum Ursprung und \(g_2(0)=0\) \(g_3\to D\): gerader Grad, positiver Leitkoeffizient, beidseitig nach oben \(g_4\to B\): gerader Grad, negativer Leitkoeffizient, beidseitig nach unten
43233110
Gegeben ist die ganzrationale Funktion \(f(x)=-x^4+2x^2\). In den beiden Abbildungen sind die Graphen zweier anderer Funktionen dargestellt. a) Bestimme das Globalverhalten von \(f\) aus dem Funktionsterm. b) Begründe mit exakten, im Koordinatensystem ablesbaren Eigenschaften, warum weder Graph A noch Graph B der Graph von \(f\) sein kann. c) Bestimme rechnerisch alle Nullstellen von \(f\).
Abbildung zur Aufgabe 432331

Denkanstöße

- Welcher führende Term bestimmt bei großen Beträgen von \(x\) das Verhalten von \(f\)? - Vergleiche bei A den \(y\)-Achsenabschnitt mit \(f(0)\). - Für B reicht ein gut ablesbarer ganzzahliger \(x\)-Wert für einen exakten Widerspruch. - Welche gemeinsame Potenz von \(x\) kannst du bei der Nullstellengleichung ausklammern?

Lösung

1. Der führende Term ist \(-x^4\). Wegen des geraden Grades und des negativen Leitkoeffizienten gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Es ist \(f(0)=0\). Graph A schneidet die \(y\)-Achse dagegen bei \((0\mid2)\). Deshalb kann A nicht zu \(f\) gehören. 3. Außerdem ist \(f(1)=1\). Bei Graph B ist für \(x=1\) der Wert \(-1\) ablesbar. Deshalb kann auch B nicht zu \(f\) gehören. 4. Für die Nullstellen gilt \(-x^4+2x^2=0\). Ausklammern liefert \(-x^2(x^2-2)=0\). 5. Daraus folgen \(x=0\) sowie \(x=\pm\sqrt{2}\).

Antwort

a) \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\) b) A hat den falschen \(y\)-Achsenabschnitt; B zeigt bei \(x=1\) den falschen Funktionswert. c) \(x=0\), \(x=-\sqrt{2}\), \(x=\sqrt{2}\)
43233610
Gegeben sind die drei ganzrationalen Funktionen \(p(x)=-0{,}5x^3+2x\), \(q(x)=0{,}25x^4-2x^2+1\) und \(r(x)=(x-1)^3-1\). a) Bestimme für jede Funktion das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. b) Ordne jeder Funktion den passenden Graphen A, B oder C zu und begründe die Zuordnung mit dem Globalverhalten. Nutze Symmetrie oder Achsenschnittpunkte zusätzlich zur Kontrolle.
Abbildung zur Aufgabe 432336

Denkanstöße

- Bestimme das Globalverhalten jeder Funktion aus Grad und Leitkoeffizient. - Welche drei unterschiedlichen Globalverhalten erhältst du? - Welche Symmetrie oder welcher Achsenschnittpunkt bestätigt deine Zuordnung?

Lösung

1. Für \(p\) ist der Grad \(3\) und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). 2. Für \(q\) ist der Grad \(4\) und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(q(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 3. Für \(r\) ist der Grad \(3\) und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(r(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(r(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 4. Damit gehört B zu \(p\), C zu \(q\) und A zu \(r\). Als Kontrolle gilt \(p(0)=0\), \(q(0)=1\) und \(r(0)=-2\).

Antwort

a) \(p\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(q\): beidseitig \(\infty\); \(r\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\) b) \(p\to B\): rechts nach unten, links nach oben; außerdem \(p(0)=0\). \(q\to C\): auf beiden Seiten nach oben; außerdem \(q(0)=1\). \(r\to A\): rechts nach oben, links nach unten; außerdem \(r(0)=-2\).
43233810
Gegeben sind die Graphen A und B sowie vier Funktionsterme: 1) \(f(x)=0{,}25x^3-x\) 2) \(g(x)=-0{,}2x^4+1{,}2x^2\) 3) \(h(x)=-0{,}25x^3+x\) 4) \(k(x)=0{,}2x^4-1{,}2x^2\) a) Bestimme für alle vier Terme das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. b) Ordne Graph A und Graph B jeweils dem passenden Term zu. Begründe jede Zuordnung mit dem Globalverhalten und nutze die Nullstellen als zusätzliche Kontrolle.
Abbildung zur Aufgabe 432338

Denkanstöße

- Ordne jedem Term sein Globalverhalten über Grad und Leitkoeffizient zu. - Welche Kandidaten unterscheiden sich bereits durch das Vorzeichen des Leitkoeffizienten? - Welche sichtbaren Nullstellen bestätigen die algebraisch begründete Zuordnung?

Lösung

1. Für \(f\) gilt wegen Grad \(3\) und positivem Leitkoeffizienten: rechts \(\infty\), links \(-\infty\). 2. Für \(h\) gilt wegen Grad \(3\) und negativem Leitkoeffizienten: rechts \(-\infty\), links \(\infty\). 3. Für \(g\) gilt wegen Grad \(4\) und negativem Leitkoeffizienten: beidseitig \(-\infty\). Für \(k\) gilt wegen Grad \(4\) und positivem Leitkoeffizienten: beidseitig \(\infty\). 4. Graph A hat das Globalverhalten von \(f\) und die Nullstellen \(x=-2\), \(x=0\) und \(x=2\). Daher gehört A zu \(f\). 5. Graph B hat das Globalverhalten von \(g\) und berührt die \(x\)-Achse im Ursprung, passend zum Faktor \(x^2\). Daher gehört B zu \(g\).

Antwort

a) \(f\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); \(g\): beidseitig \(-\infty\); \(h\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(k\): beidseitig \(\infty\) b) Graph A gehört zu \(f\), weil sein Globalverhalten und seine Nullstellen passen. Graph B gehört zu \(g\), weil sein Globalverhalten und die doppelte Nullstelle bei \(0\) passen.
43234510
Gegeben sind die vier Funktionen 1) \(p_1(x)=x^3-3x\), 2) \(p_2(x)=-x^3+3x^2\), 3) \(p_3(x)=-0{,}25x^4+2x^2-2\), 4) \(p_4(x)=0{,}5(x+1)^2(x-2)\). a) Bestimme für jeden Term das Globalverhalten. b) Ordne jedem Term den passenden Graphen A, B, C oder D zu. Begründe die Zuordnung mit Globalverhalten und, wo nötig, zusätzlich mit Symmetrie, Achsenschnittpunkten oder dem Verhalten an Nullstellen.
Abbildung zur Aufgabe 432345

Denkanstöße

- Bestimme für jeden Term Grad, Vorzeichen des Leitkoeffizienten und daraus das Globalverhalten. - Welche Zuordnungen sind dadurch bereits eindeutig? - Welche Symmetrie oder welcher Achsenschnittpunkt trennt die verbleibenden Kandidaten? - Beim Berühren beziehungsweise Schneiden kannst du gerade beziehungsweise ungerade Vielfachheit folgern.

Lösung

1. \(p_1\) und \(p_4\) haben ungeraden Grad und positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt jeweils rechts \(\infty\) und links \(-\infty\). 2. \(p_2\) hat ungeraden Grad und negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt rechts \(-\infty\) und links \(\infty\). 3. \(p_3\) hat geraden Grad und negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt beidseitig \(-\infty\). 4. Damit passt \(p_2\) zu A und \(p_3\) zu D. Zur Unterscheidung von B und C ist \(p_1\) punktsymmetrisch zum Ursprung. Für \(p_4\) gilt dagegen \(p_4(0)=-1\), und \(x=-1\) ist eine doppelte Nullstelle. Daher gehört \(p_1\) zu C und \(p_4\) zu B.

Antwort

a) \(p_1\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); \(p_2\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(p_3\): beidseitig \(-\infty\); \(p_4\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\) b) \(p_1\to C\): punktsymmetrisch zum Ursprung und rechts nach oben. \(p_2\to A\): rechts nach unten und links nach oben. \(p_3\to D\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und auf beiden Seiten nach unten. \(p_4\to B\): rechts nach oben, \(p_4(0)=-1\) und doppelte Nullstelle bei \(x=-1\).
43237410
Gegeben sind die vier ganzrationalen Funktionen (1) \(f_1(x)=x^3-3x\), (2) \(f_2(x)=-x^3+3x\), (3) \(f_3(x)=x^4-3x^2\), (4) \(f_4(x)=-x^4+3x^2\). a) Bestimme für alle vier Funktionen das Globalverhalten und die Symmetrie. b) Ordne den Graphen A, B und C jeweils den passenden Funktionsterm zu. Begründe jede Zuordnung mit Globalverhalten und Symmetrie. Ein Term bleibt übrig.
Abbildung zur Aufgabe 432374

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat jeder Term? - Welche Exponenten kommen in den einzelnen Termen vor, und welche Symmetrie folgt daraus? - Welche Kombination aus Globalverhalten und Symmetrie besitzt jeder dargestellte Graph?

Lösung

1. \(f_1\) hat ungeraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten. Außerdem enthält der Term nur ungerade Potenzen. Daher ist der Graph punktsymmetrisch zum Ursprung; rechts gilt \(f_1(x)\to\infty\), links \(f_1(x)\to-\infty\). 2. \(f_2\) hat ungeraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten und enthält ebenfalls nur ungerade Potenzen. Daher ist der Graph punktsymmetrisch zum Ursprung; rechts gilt \(f_2(x)\to-\infty\), links \(f_2(x)\to\infty\). 3. \(f_3\) hat geraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten. Der Term enthält nur gerade Potenzen. Daher ist der Graph achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und verläuft auf beiden Seiten nach oben. 4. \(f_4\) hat geraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten. Der Term enthält nur gerade Potenzen. Daher ist der Graph achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und verläuft auf beiden Seiten nach unten. 5. Graph A passt damit zu \(f_1\), Graph B zu \(f_4\) und Graph C zu \(f_2\). \(f_3\) bleibt übrig.

Antwort

a) \(f_1\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts \(\infty\), links \(-\infty\); \(f_2\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(f_3\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, beidseitig \(\infty\); \(f_4\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, beidseitig \(-\infty\) b) A \(\to f_1\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts nach oben und links nach unten. B \(\to f_4\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und auf beiden Seiten nach unten. C \(\to f_2\): punktsymmetrisch zum Ursprung, rechts nach unten und links nach oben. \(f_3\) bleibt übrig; sein Graph wäre achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und auf beiden Seiten nach oben.
43244310
Gegeben sind \(f(x)=\frac{1}{4}x^3-x\), \(g(x)=-\frac{1}{8}x^4+x^2-1\) und \(h(x)=\frac{1}{8}x^4-x^2+2\). a) Bestimme für jede Funktion das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. b) Ordne den Graphen A, B und C die passenden Funktionsterme zu. Begründe jede Zuordnung mit dem Globalverhalten. Nutze Symmetrie oder den \(y\)-Achsenabschnitt als zusätzliche Kontrolle.
Abbildung zur Aufgabe 432443

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat jede Funktion? - Welche drei verschiedenen Globalverhalten folgen daraus? - Welche sichtbare Endrichtung passt jeweils zu dem algebraisch bestimmten Verhalten? - Welcher \(y\)-Achsenabschnitt kann eine Zuordnung zusätzlich bestätigen?

Lösung

1. \(f\) hat Grad \(3\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 2. \(g\) hat Grad \(4\) und einen negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 3. \(h\) hat Grad \(4\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt \(h(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 4. Diese drei verschiedenen Globalverhalten passen zu B für \(f\), A für \(g\) und C für \(h\). Als Kontrolle gilt außerdem \(f(0)=0\), \(g(0)=-1\) und \(h(0)=2\).

Antwort

a) \(f\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); \(g\): beidseitig \(-\infty\); \(h\): beidseitig \(\infty\) b) A \(\to g\): auf beiden Seiten nach unten, außerdem \(g(0)=-1\). B \(\to f\): rechts nach oben und links nach unten, außerdem \(f(0)=0\). C \(\to h\): auf beiden Seiten nach oben, außerdem \(h(0)=2\).
43360110
Gegeben sind die vier Funktionsterme \(f(x)=0{,}5x^4-2\), \(g(x)=-x^4+2\), \(h(x)=-x^5+x\) und \(i(x)=x^5-x\). a) Bestimme für alle vier Funktionen das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. b) Ordne den Graphen 1 und 2 jeweils einen passenden Funktionsterm zu. Begründe jede Zuordnung mit dem Globalverhalten und bestimme für die beiden zugeordneten Funktionen zusätzlich die Schnittpunkte mit den Koordinatenachsen.
Abbildung zur Aufgabe 433601

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat jeder Term? - Welches Globalverhalten folgt jeweils daraus? - Welche beiden Terme haben das gleiche Globalverhalten wie die dargestellten Graphen? - Welche Achsenschnittpunkte bestätigen die Zuordnung?

Lösung

1. Für \(f\) gilt wegen Grad \(4\) und positivem Leitkoeffizienten \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Für \(g\) gilt wegen des negativen Leitkoeffizienten \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Für \(h\) gilt wegen Grad \(5\) und negativem Leitkoeffizienten \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(h(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). Für \(i\) sind die beiden Richtungen vertauscht. 3. Graph 1 besitzt das Globalverhalten von \(f\). Außerdem gilt \(f(0)=-2\). Aus \(0{,}5x^4-2=0\) folgt \(x=\pm\sqrt{2}\). Daher gehört Graph 1 zu \(f\). 4. Graph 2 besitzt das Globalverhalten von \(h\). Es ist \(h(x)=-x(x^2-1)(x^2+1)\), also sind die reellen Nullstellen \(x=-1\), \(x=0\) und \(x=1\). Daher gehört Graph 2 zu \(h\).

Antwort

a) \(f\): beidseitig \(\infty\); \(g\): beidseitig \(-\infty\); \(h\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(i\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\) b) Graph 1 \(\to f\): auf beiden Seiten nach oben; Achsenschnittpunkte \((0\mid-2)\), \((-\sqrt{2}\mid0)\) und \((\sqrt{2}\mid0)\). Graph 2 \(\to h\): rechts nach unten und links nach oben; Achsenschnittpunkte \((-1\mid0)\), \((0\mid0)\) und \((1\mid0)\).
43361610
Die Funktion \(f\) hat die Gleichung \(f(x)=-x^3+x^2+2x\). a) Bestimme die Nullstellen und das Globalverhalten von \(f\) aus dem Funktionsterm. b) Begründe mit exakten, im Koordinatensystem ablesbaren Eigenschaften, warum weder Graph A noch Graph B die Funktion \(f\) darstellen kann. c) Beschreibe den daraus folgenden groben Verlauf des Graphen von \(f\).
Abbildung zur Aufgabe 433616

Denkanstöße

- Welche Faktoren erhältst du, wenn du den Funktionsterm vollständig faktorisierst? - Welcher führende Term bestimmt das Globalverhalten? - Welche berechneten Nullstellen kannst du mit Graph A vergleichen? - Welcher kleine ganzzahlige \(x\)-Wert eignet sich für einen exakten Vergleich mit Graph B?

Lösung

1. Es gilt \(f(x)=-x(x^2-x-2)=-x(x-2)(x+1)\). Daher liegen die Nullstellen bei \(x=-1\), \(x=0\) und \(x=2\). 2. Der führende Term ist \(-x^3\). Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). 3. Graph A hat die Nullstellen \(-2\), \(0\) und \(1\). Diese stimmen nicht mit den Nullstellen von \(f\) überein. 4. Für \(x=1\) gilt \(f(1)=2\). Graph B zeigt bei \(x=1\) den Wert \(-1\). Daher kann auch Graph B nicht zu \(f\) gehören. 5. Der Graph von \(f\) kommt im Globalverhalten von links oben und verläuft nach rechts unten. Er schneidet die \(x\)-Achse an den drei einfachen Nullstellen \(-1\), \(0\) und \(2\).

Antwort

a) Nullstellen: \(x=-1\), \(x=0\), \(x=2\). Globalverhalten: \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). b) Graph A hat falsche Nullstellen; Graph B hat bei \(x=1\) den falschen Funktionswert. c) Der Graph verläuft im Globalverhalten von links oben nach rechts unten und schneidet die \(x\)-Achse bei \(-1\), \(0\) und \(2\).
43361710
Betrachte die Funktion \(f(x)=0{,}5x^4-2x^2\). a) Bestimme Symmetrie, Nullstellen mit Vielfachheiten und Globalverhalten von \(f\). b) Begründe mit exakten, im Koordinatensystem ablesbaren Eigenschaften, warum keiner der Graphen A oder B der Graph von \(f\) sein kann. c) Beschreibe den groben Verlauf des Graphen von \(f\).
Abbildung zur Aufgabe 433617

Denkanstöße

- Welche Symmetrie folgt aus den Exponenten im Funktionsterm? - Wie kannst du den Term so faktorisieren, dass Nullstellen und Vielfachheiten sichtbar werden? - Welcher führende Term bestimmt das Globalverhalten? - Welcher exakt berechenbare Funktionswert eignet sich zum Prüfen von Graph B?

Lösung

1. Wegen \(f(-x)=f(x)\) ist der Graph achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. 2. Es gilt \(f(x)=0{,}5x^2(x-2)(x+2)\). Damit ist \(x=0\) eine doppelte Nullstelle und \(x=\pm2\) sind einfache Nullstellen. 3. Der führende Term \(0{,}5x^4\) liefert \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 4. Graph A besitzt keine Nullstelle bei \(x=0\) und hat zusätzlich Nullstellen bei \(x=\pm1\). Damit scheidet Graph A aus. 5. Für \(x=1\) gilt \(f(1)=-1{,}5\). Graph B zeigt bei \(x=1\) den Wert \(0{,}6\). Damit scheidet auch Graph B aus. 6. Der gesuchte Graph ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, berührt die \(x\)-Achse bei \(x=0\), schneidet sie bei \(x=\pm2\) und besitzt für beide Grenzrichtungen Funktionswerte gegen \(\infty\).

Antwort

a) Achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse; doppelte Nullstelle \(x=0\), einfache Nullstellen \(x=\pm2\); \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\) b) Graph A hat falsche Nullstellen; Graph B hat bei \(x=1\) einen falschen Funktionswert. c) Berührung bei \(x=0\), Schnitte bei \(x=\pm2\); beide Enden gehen im Globalverhalten nach oben.
43364310
In der Abbildung sind die Graphen dreier ganzrationaler Funktionen \(f\), \(g\) und \(h\) dargestellt. Gegeben sind 1. \(p_1(x)=0{,}2x^4-2x^2+2\), 2. \(p_2(x)=-0{,}5x^3+3x\), 3. \(p_3(x)=0{,}2x^5-2x^3\). Bestimme für jeden Term das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. Ordne danach jeden Term einem Graphen zu und begründe die Zuordnung mit dem Globalverhalten.
Abbildung zur Aufgabe 433643

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat jeder Term? - Welche drei verschiedenen Globalverhalten ergeben sich daraus? - Welche sichtbaren Endrichtungen der Graphen passen jeweils zu diesen drei Fällen?

Lösung

1. \(p_1\) hat Grad \(4\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt \(p_1(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Das passt zu Graph \(h\). 2. \(p_2\) hat Grad \(3\) und einen negativen Leitkoeffizienten. Daher gilt \(p_2(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(p_2(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). Das passt zu Graph \(f\). 3. \(p_3\) hat Grad \(5\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt \(p_3(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(p_3(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). Das passt zu Graph \(g\).

Antwort

\(p_1\): beidseitig \(\infty\), Graph \(h\) \(p_2\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\), Graph \(f\) \(p_3\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\), Graph \(g\)
43377910
Gegeben sind die Terme (1) \(0{,}5x^3-2x\), (2) \(-x^2+4\), (3) \(x^4-4x^2\), (4) \(-0{,}5x^3+2x\). a) Bestimme für jeden Term das Globalverhalten. b) Ordne die Terme den Graphen A, B und C zu. Begründe die Zuordnung jeweils mit dem Globalverhalten und nutze die Nullstellen als zusätzliche Kontrolle. Ein Term bleibt übrig.
Abbildung zur Aufgabe 433779

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat jeder Term? - Welches Globalverhalten folgt jeweils daraus? - Welche sichtbaren Endrichtungen grenzen die Kandidaten ein? - Welche Nullstellen bestätigen die Zuordnungen?

Lösung

1. Term (1) hat Grad \(3\) mit positivem Leitkoeffizienten: rechts \(\infty\), links \(-\infty\). Term (4) hat Grad \(3\) mit negativem Leitkoeffizienten: rechts \(-\infty\), links \(\infty\). 2. Term (2) hat Grad \(2\) mit negativem Leitkoeffizienten: beidseitig \(-\infty\). Term (3) hat Grad \(4\) mit positivem Leitkoeffizienten: beidseitig \(\infty\). 3. Graph A passt zu Term (3). Es ist \(x^4-4x^2=x^2(x-2)(x+2)\); damit ist \(x=0\) doppelt und \(x=\pm2\) jeweils einfach. 4. Graph B passt zu Term (1). Als Kontrolle ist \(0{,}5x^3-2x=0{,}5x(x-2)(x+2)\) und hat die sichtbaren Nullstellen \(-2\), \(0\) und \(2\). 5. Graph C passt zu Term (2), dessen Nullstellen \(x=\pm2\) sind. Term (4) bleibt übrig.

Antwort

a) (1): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); (2): beidseitig \(-\infty\); (3): beidseitig \(\infty\); (4): rechts \(-\infty\), links \(\infty\) b) A \(\to\) (3): auf beiden Seiten nach oben; Nullstellen \(x=\pm2\) einfach und \(x=0\) doppelt. B \(\to\) (1): rechts nach oben und links nach unten; Nullstellen \(x=-2\), \(x=0\), \(x=2\). C \(\to\) (2): auf beiden Seiten nach unten; Nullstellen \(x=\pm2\). (4) bleibt übrig.
43397810
Gegeben sind die Graphen \(a\), \(b\) und \(c\) von drei ganzrationalen Funktionen dritten Grades sowie die Terme 1. \(f(x)=x^3-3x+2\), 2. \(g(x)=-x^3+3x+2\), 3. \(h(x)=0{,}5x^3-1{,}5x+1\). Bestimme das Globalverhalten der drei Funktionen. Ordne die Graphen den Termen zu und begründe die Zuordnung mit dem Globalverhalten. Nutze bei Bedarf den \(y\)-Achsenabschnitt zur Unterscheidung.
Abbildung zur Aufgabe 433978

Denkanstöße

- Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat jeder Term? - Welcher Graph ist durch sein Globalverhalten eindeutig zugeordnet? - Welche \(y\)-Achsenabschnitte unterscheiden die beiden übrigen Terme? - Welche sichtbare Nullstelle kann die Zuordnung zusätzlich bestätigen?

Lösung

1. \(f\) und \(h\) haben Grad \(3\) und einen positiven Leitkoeffizienten. Daher gilt für beide rechts \(\infty\) und links \(-\infty\). \(g\) hat einen negativen Leitkoeffizienten; daher gilt rechts \(-\infty\) und links \(\infty\). Damit gehört Graph \(a\) zu \(g\). 2. Zur Unterscheidung der verbleibenden Graphen gilt \(f(0)=2\) und \(h(0)=1\). Graph \(c\) schneidet die \(y\)-Achse bei \(2\), Graph \(b\) bei \(1\). Daher gehört \(c\) zu \(f\) und \(b\) zu \(h\). 3. Als Kontrolle gilt \(f(1)=0\) und \(h(1)=0\), passend zu den dargestellten Nullstellen.

Antwort

\(f\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); Graph \(c\) \(g\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); Graph \(a\) \(h\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); Graph \(b\)
55337610
Noah betrachtet \(f(x)=-0{,}02x^5+300x^4-7\) und behauptet: „Für das Globalverhalten ist \(300x^4\) wichtiger als \(-0{,}02x^5\), weil \(300\) viel größer als \(0{,}02\) ist.“ Beurteile die Aussage und bestimme das Globalverhalten von \(f\).

Denkanstöße

- Vergleiche nicht nur die Koeffizienten, sondern auch die Exponenten der beiden höchsten Terme. - Welcher Summand wächst für große Beträge von \(x\) am stärksten? - Welche Vorzeichen hat dieser Summand für große positive und negative \(x\)-Werte?

Lösung

1. Für das Globalverhalten entscheidet bei einer ganzrationalen Funktion der Summand mit dem höchsten Exponenten, nicht der betragsmäßig größte einzelne Koeffizient. 2. Man kann die beiden höchsten Terme als \(x^4(-0{,}02x+300)\) schreiben. Für große positive \(x\) wird der Klammerterm negativ und sein Betrag wächst; wegen \(x^4>0\) folgt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). 3. Für große negative \(x\) wird \(-0{,}02x+300\) positiv und groß. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). 4. Noahs Begründung ist deshalb falsch; der führende Term \(-0{,}02x^5\) bestimmt das Globalverhalten.

Antwort

Noahs Aussage ist falsch. Es gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\).
55337710
Im dargestellten Fenster sieht der Graph von \(f(x)=0{,}01x^6-x^4\) an beiden Rändern so aus, als würde er weiter nach unten verlaufen. Lina folgert daraus: „Also gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\).“ Beurteile diese Schlussfolgerung. Bestimme das tatsächliche Globalverhalten aus dem Funktionsterm und erkläre die Rolle des dargestellten Fensters.
Abbildung zur Aufgabe 553377

Denkanstöße

- Welche Information kann ein endliches Koordinatenfenster grundsätzlich nicht vollständig zeigen? - Welcher führende Term bestimmt das Globalverhalten unabhängig vom Bild? - Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat dieser Term?

Lösung

1. Aus einem endlichen Graphfenster kann das Verhalten für \(x\to\pm\infty\) nicht sicher abgelesen werden. 2. Der führende Term von \(f\) ist \(0{,}01x^6\). Er hat geraden Grad und einen positiven Leitkoeffizienten. 3. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und auch \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). 4. Das Diagramm zeigt nur einen begrenzten Bereich, in dem der negative Term \(-x^4\) den sichtbaren Verlauf noch stark beeinflusst. Für hinreichend große Beträge von \(x\) setzt sich der höhergradige positive Term durch.

Antwort

Linas Schlussfolgerung ist nicht zulässig. Tatsächlich gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Das endliche Graphfenster kann dieses Globalverhalten vorübergehend verdecken.
55337810
In einem vereinfachten Modell beschreibt \(K(s)=-0{,}03s^3+2s\) ein Lenksignal. Positive Werte von \(s\) bedeuten eine Abweichung nach rechts, negative Werte eine Abweichung nach links. Ein positives Lenksignal steuert nach rechts, ein negatives nach links. a) Bestimme das Globalverhalten von \(K\) für \(s\to\infty\) und \(s\to-\infty\). b) Deute die Vorzeichen: In welche Richtung wirkt die Korrektur bei sehr großen positiven beziehungsweise negativen Abweichungen? c) Erkläre, warum das Modell für beliebig große Beträge von \(s\) trotzdem nicht realistisch sein kann.

Denkanstöße

- Welcher führende Term bestimmt das Globalverhalten? - Welche Endrichtungen folgen aus ungeradem Grad und negativem Leitkoeffizienten? - Was bedeuten die Vorzeichen von \(s\) und \(K(s)\) laut Aufgabentext für die Richtung? - Kann eine reale Lenkung beliebig stark werden?

Lösung

1. Der führende Term ist \(-0{,}03s^3\). Er hat ungeraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten. 2. Daher gilt \(K(s)\to-\infty\) für \(s\to\infty\) und \(K(s)\to\infty\) für \(s\to-\infty\). 3. Bei sehr großer positiver Abweichung nach rechts wird das Lenksignal stark negativ und wirkt nach links. Bei sehr großer negativer Abweichung nach links wird das Lenksignal stark positiv und wirkt nach rechts. Die Richtung ist also jeweils korrigierend. 4. Der Betrag von \(K(s)\) wächst im Modell unbegrenzt. Eine reale Lenkung kann aber nicht beliebig stark wirken. Deshalb kann die Formel nur für einen begrenzten Bereich ein sinnvolles Modell sein.

Antwort

a) \(K(s)\to-\infty\) für \(s\to\infty\) und \(K(s)\to\infty\) für \(s\to-\infty\) b) Große positive Abweichungen werden nach links, große negative Abweichungen nach rechts korrigiert. c) Der Betrag des Lenksignals wächst im Modell unbegrenzt, eine reale Lenkung jedoch nicht. Das Modell kann daher nicht für beliebig große \(|s|\) gelten.
55671310
Für eine ganzrationale Funktion \(g\) gilt \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(g(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). Außerdem ist \(g(0)=-2\). a) Welche Bedingungen müssen Grad und Leitkoeffizient erfüllen? b) Gib zwei mögliche Funktionsterme unterschiedlichen Grades an, die alle Bedingungen erfüllen. c) Erkläre, warum die Angaben den Funktionsterm nicht eindeutig festlegen.

Denkanstöße

- Vergleiche zunächst nur die beiden vorgegebenen Richtungen für sehr große positive und negative \(x\)-Werte. - Welche Parität des Grades erzeugt unterschiedliche Richtungen an den beiden Enden? - Welche Information liefert \(g(0)=-2\) unmittelbar über den konstanten Summanden? - Müssen die übrigen Koeffizienten dadurch ebenfalls festgelegt sein?

Lösung

1. Unterschiedliche Richtungen an den beiden Enden erfordern einen ungeraden Grad. Da der Graph links nach unten und rechts nach oben verläuft, muss der Leitkoeffizient positiv sein. 2. Wegen \(g(0)=-2\) muss der konstante Summand \(-2\) sein. Beispielsweise erfüllen \(g_1(x)=x^3-2\) und \(g_2(x)=2x^5+x^2-2\) alle Bedingungen. 3. Die Bedingungen legen nur die Parität des Grades, das Vorzeichen des Leitkoeffizienten und den Funktionswert bei \(0\) fest. Viele weitere Koeffizienten können verschieden gewählt werden.

Antwort

a) Ungerader Grad und positiver Leitkoeffizient. b) Zum Beispiel \(g_1(x)=x^3-2\) und \(g_2(x)=2x^5+x^2-2\). c) Die Angaben bestimmen nicht alle Koeffizienten; daher gibt es viele passende Funktionsterme.
55811410
Die Funktion lautet \(f(x)=(x+2)(x-1)^2\). a) Bestimme die Nullstellen und ihre Vielfachheiten. b) Bestimme das Globalverhalten aus dem führenden Term. c) Gib das Vorzeichen von \(f(x)\) in den Intervallen \((-\infty;-2)\), \((-2;1)\) und \((1;\infty)\) an. d) Beschreibe damit den Verlauf des Graphen an den Nullstellen und an beiden Enden so, dass daraus eine Skizze gezeichnet werden könnte.

Denkanstöße

- Welche Faktoren der Produktform werden an den Nullstellen null, und mit welcher Potenz kommen sie vor? - Welcher Term entsteht, wenn du nur die höchsten Potenzen der beiden Faktoren miteinander multiplizierst? - Wenn du beim Vorzeichen unsicher bist, wähle in jedem Intervall einen einfachen Testwert und prüfe das Vorzeichen der Faktoren.

Lösung

1. Aus der Produktform folgen die Nullstellen \(x=-2\) einfach und \(x=1\) doppelt. 2. Der führende Term entsteht aus \(x\cdot x^2=x^3\). Daher gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\). 3. Für \(x<-2\) ist \((x+2)<0\) und \((x-1)^2>0\), also \(f(x)<0\). Für \(-2<x<1\) und für \(x>1\) sind beide Faktoren nichtnegativ und außerhalb der Nullstellen positiv, also gilt jeweils \(f(x)>0\). 4. An der einfachen Nullstelle \(x=-2\) wechselt das Vorzeichen, daher schneidet der Graph die \(x\)-Achse. An der doppelten Nullstelle \(x=1\) bleibt das Vorzeichen positiv, daher berührt der Graph dort die \(x\)-Achse. Links verläuft der Graph nach \(-\infty\), rechts nach \(\infty\).

Antwort

a) \(x=-2\) einfach; \(x=1\) doppelt b) \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\); \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) c) \((-\infty;-2)\): negativ; \((-2;1)\): positiv; \((1;\infty)\): positiv d) Der Graph kommt links von unten, schneidet bei \(x=-2\) die \(x\)-Achse, bleibt danach oberhalb der \(x\)-Achse, berührt sie bei \(x=1\) und verläuft rechts nach oben.
55811510
Die Funktion lautet \(f(x)=-0{,}5(x+2)^2(x-1)\). Drei Graphen A, B und C sind abgebildet. a) Bei welcher Nullstelle muss der Graph die \(x\)-Achse berühren, bei welcher muss er sie schneiden? b) Welchen Graphen kannst du damit sofort ausschließen? Begründe. c) Bestimme das Globalverhalten von \(f\). Welchen weiteren Graphen schließt das aus? d) Welcher Graph passt zu \(f\)? Prüfe deine Wahl zusätzlich mit \(f(0)\).
Abbildung zur Aufgabe 558115

Denkanstöße

- Welche Vielfachheiten erkennst du an den Faktoren \((x+2)^2\) und \((x-1)\)? - Welche Endrichtungen folgen aus dem Vorzeichen des führenden Terms? - Vergleiche bei der letzten Kontrolle den Wert \(f(0)\) mit dem Schnittpunkt des Graphen mit der \(y\)-Achse.

Lösung

1. Der Faktor \((x+2)^2\) zeigt eine doppelte Nullstelle bei \(x=-2\); dort berührt der Graph die \(x\)-Achse. Der Faktor \((x-1)\) zeigt eine einfache Nullstelle bei \(x=1\); dort schneidet der Graph die \(x\)-Achse. 2. Graph C zeigt das umgekehrte Verhalten an den beiden Nullstellen und kann daher nicht passen. 3. Der führende Term ist \(-0{,}5x^3\). Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). Damit scheidet Graph A aus. 4. Es bleibt Graph B. Zusätzlich gilt \(f(0)=-0{,}5\cdot2^2\cdot(-1)=2\). Graph B schneidet die \(y\)-Achse bei \(2\), also bestätigt auch diese Kontrolle die Wahl.

Antwort

a) Bei \(x=-2\) berührt der Graph die \(x\)-Achse; bei \(x=1\) schneidet er sie. b) Graph C scheidet aus, weil er bei \(x=-2\) schneidet und bei \(x=1\) berührt. c) \(f(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\). Damit scheidet Graph A aus. d) Graph B. Zusätzlich ist \(f(0)=2\), passend zum Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse.
42315110
Bestimme eine ganzrationale Funktion \(f\) dritten Grades, für die folgende Bedingungen erfüllt sind: 1. \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 2. Der Graph schneidet die \(y\)-Achse bei \(y=-3\). 3. Der Punkt \(P(1\mid0)\) liegt auf dem Graphen.

Denkanstöße

- Welches Vorzeichen muss der Leitkoeffizient einer Funktion dritten Grades für das angegebene Globalverhalten haben? - Welche Bedingung liefert der \(y\)-Achsenabschnitt für das Absolutglied? - Welche Gleichung zwischen den übrigen Koeffizienten erhältst du aus dem Punkt \(P(1\mid0)\)? - Die Bedingungen bestimmen nicht alle Koeffizienten eindeutig; suche eine einfache Wahl, die alle Bedingungen zugleich erfüllt.

Lösung

1. Für \(f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\) muss wegen des Globalverhaltens \(a>0\) gelten. 2. Aus dem \(y\)-Achsenabschnitt folgt \(d=-3\). 3. Die Bedingung \(P(1\mid0)\) liefert \(a+b+c-3=0\), also \(a+b+c=3\). 4. Es gibt mehrere Lösungen. Eine einfache Wahl ist \(a=3\), \(b=0\) und \(c=0\). Damit erhält man \(f(x)=3x^3-3\). 5. Der Leitkoeffizient ist positiv, \(f(0)=-3\) und \(f(1)=0\); damit sind alle Bedingungen erfüllt.

Antwort

Eine mögliche Funktion ist \(f(x)=3x^3-3\).
42315210
Gib eine mögliche ganzrationale Funktion \(f\) vierten Grades mit folgenden Eigenschaften an: 1. Der Graph von \(f\) ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. 2. Für das Globalverhalten gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 3. Es gilt \(f(0)=2\). 4. Bei \(x=2\) liegt eine Nullstelle.

Denkanstöße

- Welche Exponenten dürfen bei Achsensymmetrie zur \(y\)-Achse im Funktionsterm auftreten? - Welches Vorzeichen muss der Leitkoeffizient für das geforderte Globalverhalten haben? - Welche Koeffizientenbedingung folgt aus \(f(0)=2\) und welche weitere aus \(f(2)=0\)? - Prüfe, ob alle Koeffizienten eindeutig festgelegt sind oder ob du einen davon passend wählen kannst.

Lösung

1. Wegen der Achsensymmetrie zur \(y\)-Achse hat der Term die Form \(f(x)=ax^4+bx^2+c\). 2. Aus dem Globalverhalten folgt \(a<0\). Aus \(f(0)=2\) folgt \(c=2\). 3. Die Nullstelle bei \(x=2\) liefert \(16a+4b+2=0\). Damit bleibt eine freie Wahl, solange \(a<0\) gilt. 4. Wähle beispielsweise \(a=-1\). Dann folgt \(-16+4b+2=0\), also \(b=3{,}5\). 5. Damit ist \(f(x)=-x^4+3{,}5x^2+2\) eine passende Funktion.

Antwort

Eine mögliche Funktion ist \(f(x)=-x^4+3{,}5x^2+2\).
42315310
Für welche Werte von \(b\in\mathbb{R}\) und \(n\in\mathbb{N}\) gilt für \(f(x)=bx^n-10x^6\): \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und auch für \(x\to-\infty\)? Begründe deine Entscheidung.

Denkanstöße

- Welcher Term bestimmt das Verhalten für sehr große positive und negative \(x\)-Werte? - Was muss für den Grad gelten, damit beide Äste in dieselbe Richtung laufen? - Welche Rolle spielt das Vorzeichen des Koeffizienten des führenden Terms? - Untersuche die Fälle \(n<6\), \(n=6\) und \(n>6\) getrennt.

Lösung

1. Damit eine ganzrationale Funktion auf beiden Seiten gegen \(+\infty\) verläuft, muss ihr führender Term einen geraden Grad und einen positiven Koeffizienten haben. 2. Falls \(n<6\), ist der führende Term \(-10x^6\). Dann gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Dieser Fall passt nicht. 3. Falls \(n=6\), gilt \(f(x)=(b-10)x^6\). Der Koeffizient muss positiv sein, also \(b>10\). 4. Falls \(n>6\), ist der führende Term \(bx^n\). Dafür braucht man \(b>0\) und einen geraden Exponenten \(n\). 5. Damit gilt die Bedingung entweder für \(n=6\) und \(b>10\) oder für gerade \(n>6\) und \(b>0\).

Antwort

\(n=6\) und \(b>10\), oder \(n\in\{8,10,12,\dots\}\) und \(b>0\)
55671410
Gegeben ist \(f(x)=0{,}001x^6-0{,}05x^4+1\). Derselbe Funktionsterm ist in zwei verschiedenen Fenstern eines Funktionenplotters dargestellt. a) Bestimme das Globalverhalten ausschließlich aus dem Funktionsterm. b) In Fenster A verläuft der Graph zu beiden äußeren Bildrändern nach unten. Beurteile die Aussage: „Also gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\).“ c) Erkläre, welche zusätzliche Einsicht Fenster B liefert und warum auch dieses größere Fenster kein Beweis für das Globalverhalten ist.
Abbildung zur Aufgabe 556714

Denkanstöße

- Welcher führende Term bestimmt das Verhalten für betragsmäßig sehr große \(x\)? - Welche Gradparität und welches Vorzeichen des Leitkoeffizienten hat dieser Term? - Was zeigt ein endliches Plotterfenster, und was kann es über \(x\to\pm\infty\) nicht beweisen? - Was wird beim Vergleich der beiden dargestellten Fenster sichtbar?

Lösung

1. Der führende Term ist \(0{,}001x^6\). Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Die Aussage zu Fenster A ist falsch. Ein endlicher dargestellter Ausschnitt zeigt nur das Verhalten innerhalb dieses Bereichs und erlaubt keinen Schluss auf den Grenzfall \(x\to\pm\infty\). 3. Fenster B zeigt, dass der Graph weiter außen wieder ansteigt. Das macht das algebraisch bestimmte Globalverhalten anschaulich plausibel. Ein noch so großes endliches Plotterfenster ersetzt aber nicht die Begründung über den führenden Term.

Antwort

a) \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\) b) Die Aussage ist falsch; Fenster A zeigt nur einen endlichen Ausschnitt. c) Fenster B zeigt das spätere Ansteigen und stützt die algebraische Vorhersage, beweist den Grenzfall aber nicht.
55672710
Gegeben ist die ganzrationale Funktion \(q(x)=-x^6+5x^4-4x^2\). a) Bestimme den führenden Term und daraus das Globalverhalten. b) Untersuche die Symmetrie rechnerisch. c) Bestimme alle Nullstellen und ihre Vielfachheiten. d) Erstelle ein Skizzenprotokoll mit den Vorzeichen von \(q\) in den sechs Intervallen, die durch \(-2\), \(-1\), \(0\), \(1\) und \(2\) entstehen. Beschreibe daraus den Verlauf von links nach rechts. e) Welche Plotterdarstellung A, B oder C stimmt mit deinem vollständigen Skizzenprotokoll überein? Begründe mit mindestens drei Merkmalen. Du kannst dein fertiges Protokoll zusätzlich auf Papier skizzieren; bewertet wird das Protokoll.
Abbildung zur Aufgabe 556727

Denkanstöße

- Welcher führende Term bestimmt das Globalverhalten? - Welche Aussage liefert \(q(-x)\) im Vergleich zu \(q(x)\)? - Welche Faktorisierung macht die fünf Nullstellen sichtbar? - An welchen Nullstellen muss das Vorzeichen wechseln, und an welcher bleibt es gleich? - Welche Kombination dieser Merkmale muss der passende Graph gleichzeitig zeigen?

Lösung

1. Der führende Term ist \(-x^6\). Deshalb gilt \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 2. Es gilt \(q(-x)=q(x)\); der Graph ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. 3. Es gilt \(q(x)=-x^2(x^2-1)(x^2-4)\). Damit ist \(x=0\) eine doppelte Nullstelle; \(x=\pm1\) und \(x=\pm2\) sind einfache Nullstellen. 4. Links von \(-2\) ist \(q<0\). An den einfachen Nullstellen \(-2\) und \(-1\) wechselt das Vorzeichen zu positiv und danach wieder zu negativ. An der doppelten Nullstelle \(0\) bleibt es negativ. An \(1\) wechselt es zu positiv und an \(2\) wieder zu negativ. 5. Von links nach rechts lautet die Vorzeichenfolge daher \(-,+,-,-,+,-\). Der Graph schneidet bei \(\pm1\) und \(\pm2\), berührt bei \(0\), ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und läuft an beiden äußeren Enden nach unten. 6. Nur Graph B besitzt diese vollständige Struktur.

Antwort

a) Führender Term \(-x^6\); \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\) b) Achsensymmetrie zur \(y\)-Achse c) \(x=0\) doppelt; \(x=\pm1\) und \(x=\pm2\) jeweils einfach d) Vorzeichen von links nach rechts: \(-,+,-,-,+,-\). Schnitte bei \(\pm1\) und \(\pm2\), Berührung bei \(0\); beide äußeren Äste verlaufen nach unten. e) Graph B: achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse, Schnitte bei \(x=\pm1\) und \(x=\pm2\), Berührung bei \(x=0\) und auf beiden Seiten Verlauf nach unten.

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