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Parabeln zeichnen

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Gegeben ist die quadratische Funktion \(f\) mit der Gleichung \(f(x) = 0{,}4x^2 - 2{,}5\) und dem maximalen Definitionsbereich \(D = \mathbb{R}\). a) Bestimme die Koordinaten des Schnittpunkts mit der \(y\)-Achse. b) Ermittle die Nullstellen der Funktion (Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse).

Denkanstöße

- Wo auf der \(y\)-Achse ist der \(x\)-Wert immer gleich null? - Was muss für den Funktionswert \(y\) gelten, wenn ein Punkt auf der \(x\)-Achse liegt? - Kannst du die Gleichung für die Nullstellen so umstellen, dass \(x^2\) alleine auf einer Seite steht?

Lösung

1. Berechnung des Schnittpunkts mit der \(y\)-Achse: Setze \(x = 0\) in den Funktionsterm ein: \(f(0) = 0{,}4 \cdot 0^2 - 2{,}5 = -2{,}5\). Der Schnittpunkt ist \(S_y(0 | -2{,}5)\). 2. Berechnung der Nullstellen: Setze \(f(x) = 0\). Daraus folgt \(0{,}4x^2 - 2{,}5 = 0\). 3. Umformen der Gleichung: \(0{,}4x^2 = 2{,}5 \Rightarrow x^2 = \frac{2{,}5}{0{,}4} = 6{,}25\). 4. Ziehen der Wurzel: \(x_1 = \sqrt{6{,}25} = 2{,}5\) und \(x_2 = -\sqrt{6{,}25} = -2{,}5\). Die Nullstellen liegen bei \(x = 2{,}5\) und \(x = -2{,}5\). Die Schnittpunkte sind \(N_1(2{,}5 | 0)\) und \(N_2(-2{,}5 | 0)\).

Antwort

a) Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse ist \(S_y(0 | -2{,}5)\). b) Die Nullstellen liegen bei \(x_1 = 2{,}5\) und \(x_2 = -2{,}5\). Die Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse sind \(N_1(2{,}5 | 0)\) und \(N_2(-2{,}5 | 0)\).
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Gegeben ist die quadratische Funktion \(f\) mit der Funktionsgleichung \(f(x) = \frac{1}{2}(x+1)^2 - 2\). 1. Bestimme den Scheitelpunkt \(S\) der Parabel und gib an, ob sie nach oben oder nach unten geöffnet ist. 2. Berechne die Nullstellen der Funktion. 3. Skizziere den Graphen der Funktion in ein Koordinatensystem.

Denkanstöße

- Wie kannst du den Scheitelpunkt direkt aus der Gleichung ablesen? - Was sagt das Vorzeichen der Zahl vor der Klammer über die Öffnung der Parabel aus? - Welchen Wert hat \(y\) an den Stellen, an denen der Graph die \(x\)-Achse schneidet? - Wie verändert der Faktor vor dem Quadrat die Form der Parabel im Vergleich zur Normalparabel?

Lösung

1. Ablesen des Scheitelpunkts aus der Scheitelpunktform \(f(x) = a(x-x_s)^2 + y_s\): Der Scheitelpunkt liegt bei \(S(-1 \mid -2)\). Da der Streckfaktor \(a = \frac{1}{2}\) positiv ist, ist die Parabel nach oben geöffnet. 2. Berechnung der Nullstellen durch Lösen der Gleichung \(\frac{1}{2}(x+1)^2 - 2 = 0\): \(\frac{1}{2}(x+1)^2 = 2\) \((x+1)^2 = 4\) \(x+1 = 2\) oder \(x+1 = -2\) \(x_1 = 1\) und \(x_2 = -3\). 3. Skizze: Einzeichnen des Scheitelpunkts \(S(-1 \mid -2)\) und der Nullstellen \((1 \mid 0)\) sowie \((-3 \mid 0)\). Da \(a = \frac{1}{2}\), ist die Parabel weiter geöffnet als die Normalparabel.

Antwort

1. Scheitelpunkt \(S(-1 \mid -2)\), nach oben geöffnet. 2. Nullstellen bei \(x_1 = 1\) und \(x_2 = -3\). 3. Der Graph ist eine nach oben geöffnete, gestauchte Parabel mit dem tiefsten Punkt bei \((-1 \mid -2)\).
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Gegeben ist die quadratische Funktion \(f\) mit der Funktionsgleichung \(f(x) = x^2 - 2x - 3\). a) Vervollständige die folgende Wertetabelle: | \(x\) | \(-2\) | \(-1\) | \(0\) | \(1\) | \(2\) | \(3\) | \(4\) | | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | :--- | | \(f(x)\) | | | | | | | | b) Bestimme anhand der Symmetrie in der Wertetabelle die Koordinaten des Scheitelpunkts. c) Gib die Nullstellen der Funktion an.

Denkanstöße

- Setze die x-Werte nacheinander in die Funktionsgleichung ein, um die y-Werte zu erhalten. - Achte beim Einsetzen negativer Zahlen auf die Klammern, zum Beispiel \((-2)^2\). - Suche in der Tabelle nach einem Punkt, an dem die y-Werte links und rechts davon paarweise gleich sind. - Nullstellen sind die Stellen, an denen der Funktionswert genau Null ist.

Lösung

1. Berechnung der Funktionswerte für die Tabelle: \(f(-2) = (-2)^2 - 2\cdot(-2) - 3 = 4 + 4 - 3 = 5\) \(f(-1) = (-1)^2 - 2\cdot(-1) - 3 = 1 + 2 - 3 = 0\) \(f(0) = 0^2 - 2\cdot 0 - 3 = -3\) \(f(1) = 1^2 - 2\cdot 1 - 3 = 1 - 2 - 3 = -4\) \(f(2) = 2^2 - 2\cdot 2 - 3 = 4 - 4 - 3 = -3\) \(f(3) = 3^2 - 2\cdot 3 - 3 = 9 - 6 - 3 = 0\) \(f(4) = 4^2 - 2\cdot 4 - 3 = 16 - 8 - 3 = 5\) 2. Bestimmung des Scheitelpunkts: Die Funktionswerte sind symmetrisch um den Wert \(x = 1\). Der kleinste Funktionswert liegt bei \(x = 1\) mit \(f(1) = -4\). Der Scheitelpunkt ist somit \(S(1 | -4)\). 3. Bestimmung der Nullstellen: Die Nullstellen sind die \(x\)-Werte, für die \(f(x) = 0\) gilt. Aus der Tabelle lassen sich \(x_1 = -1\) und \(x_2 = 3\) ablesen.

Antwort

a) Werte: \(5, 0, -3, -4, -3, 0, 5\). b) Der Scheitelpunkt ist \(S(1 | -4)\). c) Die Nullstellen sind \(x_1 = -1\) und \(x_2 = 3\).
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Eine Parabel wird durch die Funktionsgleichung \(g(x) = 2(x - 3)^2 - 8\) beschrieben. Ermittle den Scheitelpunkt direkt aus der Gleichung. Berechne anschließend die Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse und den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse, um den Graphen genau charakterisieren zu können.

Denkanstöße

- Kannst du die Koordinaten des tiefsten oder höchsten Punktes direkt aus der Formel ablesen? - Was muss für den Funktionswert gelten, damit ein Punkt auf der \(x\)-Achse liegt? - Wie veränderst du die Gleichung, um nach \(x\) aufzulösen? - Welchen \(x\)-Wert haben alle Punkte, die auf der \(y\)-Achse liegen?

Lösung

1. Scheitelpunkt ablesen: Aus der Scheitelpunktform \(a(x - d)^2 + e\) ergibt sich direkt \(S(3 \mid -8)\). 2. Nullstellen berechnen: Setze \(g(x) = 0\). \(2(x - 3)^2 - 8 = 0 \Rightarrow 2(x - 3)^2 = 8 \Rightarrow (x - 3)^2 = 4\). Wurzelziehen ergibt \(x - 3 = 2\) oder \(x - 3 = -2\), also \(x_1 = 5\) und \(x_2 = 1\). 3. Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse berechnen: Berechne \(g(0)\). \(g(0) = 2(0 - 3)^2 - 8 = 2 \cdot 9 - 8 = 10\). Der Schnittpunkt ist \(S_y(0 \mid 10)\).

Antwort

Der Scheitelpunkt ist \(S(3 \mid -8)\). Die Nullstellen liegen bei \(x_1 = 1\) und \(x_2 = 5\). Der Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse ist \(S_y(0 \mid 10)\).

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