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Globalverhalten

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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 ersten geschriebenen Summanden. - Welcher Zahlenfaktor steht direkt vor diesem Potenzterm? - Welche Rolle spielen fehlende Potenzen für den höchsten tatsächlich vorkommenden Exponenten?

Lösung

1. Der höchste vorkommende Exponent ist \(5\). Daher hat \(p\) den Grad \(5\). 2. Der Koeffizient des Terms mit dem höchsten Exponenten ist \(-\frac12\). Das ist der Leitkoeffizient. 3. Der Leitterm \(-\frac12x^5\) entscheidet über das Globalverhalten; die Reihenfolge der Summanden und fehlende Potenzen ändern daran nichts.

Antwort

a) Grad \(5\) b) Leitkoeffizient \(-\frac12\) c) \(-\frac12x^5\)
55671110
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
42313610
Gegeben sind die Koeffizienten einer ganzrationalen Funktion. Stelle den Funktionsterm auf und untersuche das Globalverhalten (Verhalten für \(x \to \infty\) und \(x \to -\infty\)) der Funktion. a) Funktion \(g\): \(a_4 = -2, a_2 = 5, a_0 = -1\) (alle anderen Koeffizienten sind \(0\)) b) Funktion \(h\): \(a_3 = 4, a_1 = -2\) (alle anderen Koeffizienten sind \(0\))

Denkanstöße

- Welcher Koeffizient bestimmt maßgeblich das Verhalten der Funktion für sehr große oder sehr kleine \(x\)-Werte? - Welchen Einfluss hat ein gerader oder ungerader Exponent bei der höchsten Potenz auf das Vorzeichen des Ergebnisses? - Wie verändert ein negativer Leitkoeffizient die Richtung des Graphen im Unendlichen? - Erinnere dich an die Grundverläufe von Potenzfunktionen wie \(x^2, -x^2, x^3\) und \(-x^3\).

Lösung

1. Aufstellen der Funktionsterme: Für \(g\) ergibt sich \(g(x) = -2x^4 + 5x^2 - 1\). Für \(h\) ergibt sich \(h(x) = 4x^3 - 2x\). 2. Analyse von \(g\): Der höchste Grad ist \(n=4\) (gerade) und der Leitkoeffizient ist \(a_4 = -2\) (negativ). Daraus folgt für das Globalverhalten: \(g(x) \to -\infty\) für \(x \to \infty\) und \(g(x) \to -\infty\) für \(x \to -\infty\). 3. Analyse von \(h\): Der höchste Grad ist \(n=3\) (ungerade) und der Leitkoeffizient ist \(a_3 = 4\) (positiv). Daraus folgt für das Globalverhalten: \(h(x) \to \infty\) für \(x \to \infty\) und \(h(x) \to -\infty\) für \(x \to -\infty\).

Antwort

a) \(g(x) = -2x^4 + 5x^2 - 1\). Globalverhalten: \(g(x) \to -\infty\) für \(x \to \pm \infty\). b) \(h(x) = 4x^3 - 2x\). Globalverhalten: \(h(x) \to \infty\) für \(x \to \infty\) und \(h(x) \to -\infty\) für \(x \to -\infty\).
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. - Nutze Rechenregeln wie die binomischen Formeln, um den Leitterm schneller zu finden. - Was passiert mit dem Vorzeichen, wenn du eine sehr große negative Zahl in eine Potenz mit geradem Exponenten einsetzt? Und bei einem ungeraden Exponenten?

Lösung

1. Bei \(p(x)\) ist die höchste Potenz \(x^6\) mit dem positiven Leitkoeffizienten \(0{,}2\). Da der Grad \(6\) gerade ist, streben die Funktionswerte in beide Richtungen gegen Unendlich: Für \(x \to \pm \infty\) gilt \(p(x) \to \infty\). 2. Die Funktion \(q(x)\) lässt sich mit der dritten binomischen Formel zu \(1 - x^4\) vereinfachen. Der Grad \(4\) ist gerade, der Leitkoeffizient \(-1\) ist negativ. Somit gilt für \(x \to \pm \infty\), dass \(q(x) \to -\infty\). 3. Bei \(r(x)\) ist der Term mit der höchsten Potenz \(-x^5\). Der Grad \(5\) ist ungerade und der Leitkoeffizient \(-1\) negativ. Daher gilt für \(x \to \infty\), dass \(r(x) \to -\infty\), und für \(x \to -\infty\), dass \(r(x) \to \infty\).

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
Untersuche das Verhalten der Funktionswerte der folgenden Funktionen für \(x \to \infty\) und für \(x \to -\infty\): a) \(f(x) = -0{,}1x^4 + 5x - 1\) b) \(g(x) = \frac{2}{3}x^5 - 10x^2\)

Denkanstöße

- Welcher Teil des Funktionsterms ist bei sehr großen oder sehr kleinen x-Werten am wichtigsten? - Wie beeinflusst ein gerader oder ungerader Exponent das Vorzeichen des Ergebnisses, wenn man eine negative Zahl einsetzt? - Was bewirkt ein negatives Vorzeichen vor der höchsten Potenz?

Lösung

1. Bei ganzrationalen Funktionen bestimmt das Glied mit der höchsten Potenz von \(x\) (der Summand mit dem höchsten Grad) das Globalverhalten. 2. Für \(f(x) = -0{,}1x^4 + 5x - 1\): Der Grad ist \(n = 4\) (gerade) und der Leitkoeffizient ist \(a_4 = -0{,}1\) (negativ). Daraus folgt: Für \(x \to \infty\) gilt \(f(x) \to -\infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt ebenfalls \(f(x) \to -\infty\). 3. Für \(g(x) = \frac{2}{3}x^5 - 10x^2\): Der Grad ist \(n = 5\) (ungerade) und der Leitkoeffizient ist \(a_5 = \frac{2}{3}\) (positiv). Daraus folgt: Für \(x \to \infty\) gilt \(g(x) \to \infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt \(g(x) \to -\infty\).

Antwort

a) \(x \to \infty: f(x) \to -\infty\); \(x \to -\infty: f(x) \to -\infty\) b) \(x \to \infty: g(x) \to \infty\); \(x \to -\infty: g(x) \to -\infty\)
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 diejenige der vier Potenzfunktionen \(f_1(x)=x^2\), \(f_2(x)=-x^2\), \(f_3(x)=x^3\) oder \(f_4(x)=-x^3\) zu, die dasselbe Globalverhalten besitzt. 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 Summand beziehungsweise welches entstehende Leitglied bestimmt bei jeder Funktion das Globalverhalten? - Ist der zugehörige Grad gerade oder ungerade? - Welches Vorzeichen besitzt der Leitkoeffizient?

Lösung

1. Bei a) ist das Leitglied \(-x^4\). Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(a(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\); das entspricht \(f_2(x)=-x^2\). 2. Bei b) ergibt das Produkt der führenden Terme das Leitglied \(x^3\). Daher gilt \(b(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(b(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\); das entspricht \(f_3(x)=x^3\). 3. Bei c) ist das Leitglied \(-x^5\). Daher gilt \(c(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(c(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\); das entspricht \(f_4(x)=-x^3\). 4. Bei d) ist das Leitglied \(\frac{1}{2}x^6\). Daher gilt \(d(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\); das entspricht \(f_1(x)=x^2\).

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 ihr Leitglied 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 \(-x^3\)? - Welches Leitglied 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 hat \(g\) dasselbe Leitglied und dasselbe Globalverhalten wie \(p\). 3. Bei \(h\) ist das Leitglied \(-3x^4\). Der Grad ist gerade und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(h(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). Das entspricht dem Globalverhalten von \(-x^2\).

Antwort

a) \(p(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(p(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). b) Ja, \(g\) besitzt ebenfalls das Leitglied \(-x^3\). 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 die beiden Funktionen \(g(x)=-x^4+3x^2\) und \(h(x)=-0{,}5x^6+10x^5\). Untersuche, ob diese beiden Funktionen für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\) das gleiche Globalverhalten zeigen. Begründe deine Entscheidung durch einen Vergleich der Grade und der Leitkoeffizienten.

Denkanstöße

- Betrachte bei beiden Funktionen jeweils den Term mit dem höchsten Exponenten. - Welche Gemeinsamkeit haben die Grade \(4\) und \(6\)? - Welche Rolle spielt das Vorzeichen des jeweiligen Leitkoeffizienten für das Globalverhalten?

Lösung

1. Bei \(g(x)\) 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 \(h(x)\) 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 somit dasselbe Globalverhalten.

Antwort

Ja. Für beide Funktionen gilt \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\): Beide haben einen geraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten.
43237910
Gegeben sind die Funktionsterme (I) \(p(x)=-0{,}5x^3+1{,}5x\), (II) \(q(x)=0{,}25x^4-2x^2+1\) und (III) \(r(x)=-0{,}1x^4+0{,}8x^2\). a) Prüfe für jede Funktion rechnerisch, ob ihr Graph achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse oder punktsymmetrisch zum Ursprung ist. b) Ordne danach die Terme den Graphen A, B und C zu. Nutze zur Unterscheidung der beiden achsensymmetrischen Funktionen zusätzlich den \(y\)-Achsenabschnitt.
Abbildung zur Aufgabe 432379

Denkanstöße

- Setze bei jeder Funktion \(-x\) für \(x\) ein und vergleiche mit \(f(x)\) beziehungsweise \(-f(x)\). - Welche Funktion lässt sich allein durch Punktsymmetrie eindeutig zuordnen? - Welcher leicht berechenbare Wert unterscheidet die beiden achsensymmetrischen Funktionen?

Lösung

1. Für \(p\) gilt \(p(-x)=0{,}5x^3-1{,}5x=-p(x)\). Der Graph ist daher punktsymmetrisch zum Ursprung. 2. Für \(q\) gilt \(q(-x)=0{,}25x^4-2x^2+1=q(x)\). Der Graph ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. 3. Für \(r\) gilt \(r(-x)=-0{,}1x^4+0{,}8x^2=r(x)\). Auch dieser Graph ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. 4. Nur Graph A ist punktsymmetrisch zum Ursprung, also gehört A zu \(p\). 5. Für die beiden übrigen Funktionen gilt \(q(0)=1\) und \(r(0)=0\). Daher gehört Graph B zu \(q\) und Graph C zu \(r\).

Antwort

a) \(p\): punktsymmetrisch zum Ursprung; \(q\) und \(r\): achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. b) (I) \(\to A\), (II) \(\to B\), (III) \(\to C\).
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

- Welches Leitglied besitzt der gegebene Funktionsterm? - Wie übersetzt du dessen Verhalten in Limes-Schreibweise? - Was verraten gleiche beziehungsweise verschiedene Grenzrichtungen über die Parität des Grades? - Was verrät die rechte Grenzrichtung anschließend über das Vorzeichen des Leitkoeffizienten?

Lösung

1. Das Leitglied 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 Leitterm \(0{,}4x^3\) lautet. a) Gib das Globalverhalten von \(h\) an. b) Entscheide, ob der Grad der Funktion gerade oder ungerade ist. c) Erkläre, weshalb der dargestellte Graphausschnitt mit deinen algebraisch bestimmten Aussagen vereinbar ist, ohne den Bildrand als Beweis für Grenzwerte zu verwenden.
Abbildung zur Aufgabe 433938

Denkanstöße

- Nutze den angegebenen Leitterm und nicht den Rand des Bildes. - Welche Rolle spielen Gradparität und Vorzeichen des Leitkoeffizienten für die beiden Grenzrichtungen? - Verwende die Abbildung anschließend nur zur Plausibilitätskontrolle.

Lösung

1. Der Leitterm \(0{,}4x^3\) 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.

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

- Prüfe zuerst, ob sich Summanden mit derselben Potenz zusammenfassen oder aufheben. - Bestimme den Grad erst am vereinfachten Term. - Welche zwei Eigenschaften des Leitterms entscheiden über 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 \(2\). 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 \(x\to\pm\infty\).
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 \(f\) mit \(f(x) = k(x^2 + 2)(x - 4)^2\) durch den Punkt \(P(2|24)\) geht und für \(x \to \pm \infty\) gegen \(-\infty\) strebt.

Denkanstöße

- Berechne zuerst den Wert von \(k\), indem du den Punkt in die Funktionsgleichung einsetzt. - Überlege dir, welchen Grad die Funktion insgesamt hat, wenn man die Klammern ausmultiplizieren würde. - Welches Vorzeichen müsste der Leitkoeffizient haben, damit der Graph für sehr große und sehr kleine \(x\)-Werte nach unten verläuft? - Passt das berechnete \(k\) zu der geforderten Richtung des Graphen?

Lösung

1. Einsetzen des Punktes \(P(2|24)\) zur Bestimmung von \(k\): \(f(2) = k \cdot (2^2 + 2)(2 - 4)^2 = k \cdot (4 + 2)(-2)^2 = k \cdot 6 \cdot 4 = 24k\). 2. Berechnung von \(k\): Aus \(24k = 24\) folgt \(k = 1\). 3. Analyse des Globalverhaltens für \(k = 1\): Der Grad der Funktion ist \(4\) (\(x^2 \cdot x^2\)). Mit \(k = 1\) (positiv) ergibt sich als Leitglied \(x^4\). 4. Prüfung der Bedingung: Eine ganzrationale Funktion mit geradem Grad und positivem Leitkoeffizienten strebt für \(x \to \pm \infty\) gegen \(+\infty\). 5. Schlussfolgerung: Da die Bedingung \(f(x) \to -\infty\) einen negativen Leitkoeffizienten (\(k < 0\)) erfordern würde, aber die Punktprobe \(k = 1\) ergibt, existiert keine solche Zahl \(k\).

Antwort

Nein, eine solche Zahl \(k\) existiert nicht. Die Punktprobe ergibt \(k = 1\). Da der Grad der Funktion \(4\) ist (gerade), würde der Graph für \(k = 1\) für \(x \to \pm \infty\) gegen \(+\infty\) streben, nicht gegen \(-\infty\).
42878110
Gegeben ist \(f(x)=3(x-1)(x+2)(x-4)\). 1. Bestimme Grad und Leitkoeffizient direkt aus der faktorisierten Form 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

- Welches Leitglied entsteht, wenn du aus jedem Faktor nur den führenden Term verwendest? - Welche Rolle spielen Parität des Grades und Vorzeichen des Leitkoeffizienten für das Globalverhalten? - Nutze das vollständige Ausmultiplizieren erst als Kontrolle.

Lösung

1. Für das Leitglied werden aus den drei Faktoren jeweils die führenden Terme 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 damit erneut \(3\).

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 die Funktion \(p\) mit \(p(x)=-2(x+1)^2(x-3)\). 1. Bestimme Grad und Leitkoeffizient direkt aus der faktorisierten Form. 2. Gib das Globalverhalten von \(p\) für \(x\to-\infty\) und \(x\to\infty\) an und begründe es mit dem Leitglied. 3. Multipliziere den Term aus. Gib zusätzlich das Absolutglied an und überprüfe den Leitkoeffizienten.

Denkanstöße

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

Lösung

1. Der führende Anteil des Produkts ist \(-2\cdot x^2\cdot x=-2x^3\). Also hat \(p\) den Grad \(3\) und den Leitkoeffizienten \(-2\). 2. Das Leitglied \(-2x^3\) hat ungeraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten. 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 \((x^2+2x+1)(x-3)=x^3-x^2-5x-3\). Somit ist \(p(x)=-2x^3+2x^2+10x+6\). Das Absolutglied ist \(6\), und der Leitkoeffizient \(-2\) stimmt mit Teil 1 überein.

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. \(f(x)=0{,}5x^3-2x\) 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 zunächst für jeden Term das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient. Ordne danach den Graphen A, B und C jeweils den passenden Funktionsterm zu. Nutze den sichtbaren Graphenverlauf nur als Abgleich mit deinem algebraisch bestimmten Globalverhalten. Welcher Funktionsterm bleibt übrig?
Abbildung zur Aufgabe 432326

Denkanstöße

- Bestimme das Globalverhalten jedes Terms zuerst ausschließlich aus Grad und Leitkoeffizient. - Welche der vier möglichen Kombinationen aus geradem/ungeradem Grad und positivem/negativem Leitkoeffizienten liegt jeweils vor? - Vergleiche erst danach mit den dargestellten endlichen Graphenausschnitten; ein Ausschnitt allein beweist kein Verhalten für \(x\to\pm\infty\).

Lösung

1. Für \(f\) ist der Grad \(3\) und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(f(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(f(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 2. Für \(g\) ist der Grad \(4\) und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 3. Für \(h\) ist der Grad \(4\) und der Leitkoeffizient positiv. Daher gilt \(h(x)\to\infty\) für \(x\to\pm\infty\). 4. Für \(k\) ist der Grad \(3\) und der Leitkoeffizient negativ. Daher gilt \(k(x)\to-\infty\) für \(x\to\infty\) und \(k(x)\to\infty\) für \(x\to-\infty\). 5. Die dargestellten Ausschnitte sind mit diesen algebraisch bestimmten Verläufen vereinbar: 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 \(s(x)=x^4-2x^2\). Die Abbildung zeigt die Graphen von zwei dieser Funktionen. a) Bestimme für alle vier Terme zunächst das Globalverhalten aus Grad und Leitkoeffizient und gib ihre Symmetrie an. b) Ordne danach Graph 1 und Graph 2 den passenden Funktionen zu. Verwende den dargestellten Verlauf nur als Abgleich mit den algebraisch bestimmten Eigenschaften.
Abbildung zur Aufgabe 432327

Denkanstöße

- Bestimme Globalverhalten und Symmetrie zuerst aus jedem Funktionsterm. - Welche Exponentenstruktur zeigt Achsensymmetrie zur \(y\)-Achse beziehungsweise Punktsymmetrie zum Ursprung? - Vergleiche erst danach mit den endlichen Graphenausschnitten; diese dienen als Abgleich, nicht als Beweis für Grenzwerte.

Lösung

1. \(p\) und \(q\) haben Grad \(3\) und sind punktsymmetrisch zum Ursprung. Für \(p\) ist der Leitkoeffizient positiv, also gilt rechts \(\infty\) und links \(-\infty\). Für \(q\) ist er negativ, also gilt rechts \(-\infty\) und links \(\infty\). 2. \(r\) und \(s\) haben Grad \(4\) und sind achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. Für \(r\) ist der Leitkoeffizient negativ, also gilt beidseitig \(-\infty\). Für \(s\) ist er positiv, also gilt beidseitig \(\infty\). 3. Graph 1 ist mit den algebraisch bestimmten Eigenschaften von \(p\) vereinbar; Graph 2 mit denen von \(r\). Daher gilt Graph 1 \(\to p\) und Graph 2 \(\to r\).

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 \(p\), Graph 2 zu \(r\).
43232910
Ordne den vier ganzrationalen Funktionen den jeweils passenden Graphen A, B, C oder D zu. Nutze dafür Globalverhalten, Symmetrie und Achsenschnittpunkte. <table> <tr> <th style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">Funktion</th> <th style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">Passender Graph (A, B, C oder D)</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;">__________</td> </tr> <tr> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">\(g_2(x)=0{,}5x^3-2x\)</td> <td style="padding: 10px; border: 1px solid #ccc;">__________</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;">__________</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;">__________</td> </tr> </table>
Abbildung zur Aufgabe 432329

Denkanstöße

- Bestimme zunächst Grad und Leitkoeffizient jedes Terms und daraus das Globalverhalten. - Welche Funktionen sind aufgrund ihrer Exponentenstruktur achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse oder punktsymmetrisch zum Ursprung? - Nutze einen \(y\)-Achsenabschnitt erst zur Unterscheidung von Graphen, die nach den globalen Eigenschaften noch übrig bleiben.

Lösung

1. \(g_1\) und \(g_2\) haben Grad \(3\) mit positivem Leitkoeffizienten. Daher gilt jeweils rechts \(\infty\) und links \(-\infty\). Das passt zu A und C. 2. \(g_3\) hat Grad \(4\) mit positivem Leitkoeffizienten und damit beidseitig den Grenzwert \(\infty\). Das passt zu D. 3. \(g_4\) hat Grad \(4\) mit negativem Leitkoeffizienten und damit beidseitig den Grenzwert \(-\infty\). 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. Damit gehört \(g_1\) zu C und \(g_2\) zu A.

Antwort

\(g_1\to C\), \(g_2\to A\), \(g_3\to D\), \(g_4\to B\)
43233110
Gegeben ist die ganzrationale Funktion \(f\) mit \(f(x)=-x^4+2x^2\). 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 Summand bestimmt bei sehr großen Beträgen von \(x\) das Verhalten von \(f\)? - Vergleiche bei Graph A zuerst den Schnittpunkt mit der \(y\)-Achse mit \(f(0)\). - Für Graph B reicht ein gut ablesbarer ganzzahliger \(x\)-Wert, um einen exakten Widerspruch zu finden. - Welche gemeinsame Potenz von \(x\) kannst du bei der Nullstellengleichung ausklammern?

Lösung

1. Der Leitterm 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 bei \((0\mid2)\) und kann daher nicht zu \(f\) gehören. 3. Außerdem ist \(f(1)=1\). Bei Graph B ist im Koordinatensystem für \(x=1\) der Wert \(-1\) ablesbar. Deshalb kann auch Graph 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) Graph A scheidet wegen des falschen \(y\)-Achsenabschnitts aus. Graph B scheidet aus, weil bei \(x=1\) der Wert \(-1\) statt \(f(1)=1\) dargestellt ist. c) \(x_1=0\), \(x_2=-\sqrt{2}\), \(x_3=\sqrt{2}\).
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 danach jeder Funktion den passenden Graphen A, B oder C zu. Nutze Symmetrie oder Achsenschnittpunkte nur zur zusätzlichen Absicherung deiner Zuordnung.
Abbildung zur Aufgabe 432336

Denkanstöße

- Bestimme das Globalverhalten jeder Funktion zuerst aus Grad und Leitkoeffizient. - Welche drei unterschiedlichen Globalverhalten erhältst du? - Nutze Symmetrie oder einen Achsenschnittpunkt erst als Kontrolle der 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. Die dargestellten Graphen sind mit diesen drei verschiedenen Globalverhalten vereinbar: A gehört zu \(p\), B zu \(q\) und C zu \(r\). Als Kontrolle gilt außerdem \(p(0)=0\), \(q(0)=1\) und \(r(0)=-2\).

Antwort

a) \(p\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(q\): beidseitig \(\infty\); \(r\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\). b) \(p\to A\), \(q\to B\), \(r\to C\).
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 danach Graph A und Graph B jeweils den passenden Termen zu. Nutze die Nullstellen als Kontrolle.
Abbildung zur Aufgabe 432338

Denkanstöße

- Ordne zuerst jedem Term sein Globalverhalten über Grad und Leitkoeffizient zu. - Welche Kandidaten unterscheiden sich bereits durch das Vorzeichen des Leitkoeffizienten? - Nutze erst danach die sichtbaren Nullstellen als zusätzliche Kontrolle.

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 ist mit dem Globalverhalten von \(f\) vereinbar und besitzt außerdem die Nullstellen \(x=-2\), \(x=0\) und \(x=2\). Daher gehört A zu \(f\). 5. Graph B ist mit dem Globalverhalten von \(g\) vereinbar. Zusätzlich berührt er die \(x\)-Achse im Ursprung, passend zum Faktor \(x^2\) in \(g(x)=0{,}2x^2(6-x^2)\). 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 \(f\); Graph B gehört zu \(g\).
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 zunächst für jeden Term das Globalverhalten. b) Ordne danach jedem Term den passenden Graphen A, B, C oder D zu. Nutze zusätzlich Symmetrie, Achsenschnittpunkte und das Verhalten an Nullstellen.
Abbildung zur Aufgabe 432345

Denkanstöße

- Bestimme zuerst für jeden Term Grad, Vorzeichen des Leitkoeffizienten und daraus das Globalverhalten. - Welche Zuordnungen sind damit bereits eindeutig? - Welche Symmetrie oder welcher Achsenschnittpunkt trennt die verbleibenden Kandidaten? - Beim Berühren beziehungsweise Schneiden kannst du zunächst nur 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 B und \(p_3\) zu C. Zur Unterscheidung von A und D ist \(p_1\) punktsymmetrisch zum Ursprung, während \(p_4(0)=-1\) gilt und \(x=-1\) eine doppelte Nullstelle ist. Daher gehört \(p_1\) zu A und \(p_4\) zu D.

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) \(p_1\to A\), \(p_2\to B\), \(p_3\to C\), \(p_4\to D\).
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 Terme das Globalverhalten und die Symmetrie. b) Ordne danach den Graphen A, B und C jeweils den passenden Funktionsterm zu. Ein Term bleibt übrig.
Abbildung zur Aufgabe 432374

Denkanstöße

- Bestimme Globalverhalten und Symmetrie zuerst aus jedem Funktionsterm. - Welche Rolle spielen Gradparität und Vorzeichen des Leitkoeffizienten? - Welche Exponentenstruktur zeigt Achsensymmetrie zur \(y\)-Achse beziehungsweise Punktsymmetrie zum Ursprung? - Vergleiche erst danach mit den endlichen Graphenausschnitten.

Lösung

1. \(f_1\) hat ungeraden Grad, positiven Leitkoeffizienten und ist punktsymmetrisch zum Ursprung. Daher gilt rechts \(\infty\), links \(-\infty\). 2. \(f_2\) hat ungeraden Grad, negativen Leitkoeffizienten und ist punktsymmetrisch zum Ursprung. Daher gilt rechts \(-\infty\), links \(\infty\). 3. \(f_3\) hat geraden Grad, positiven Leitkoeffizienten und ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. Daher gilt beidseitig \(\infty\). 4. \(f_4\) hat geraden Grad, negativen Leitkoeffizienten und ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. Daher gilt beidseitig \(-\infty\). 5. Die dargestellten Ausschnitte passen entsprechend zu A \(\to f_1\), B \(\to f_4\) und C \(\to f_2\). Übrig bleibt \(f_3\).

Antwort

a) \(f_1\): punktsymmetrisch, rechts \(\infty\), links \(-\infty\); \(f_2\): punktsymmetrisch, rechts \(-\infty\), links \(\infty\); \(f_3\): achsensymmetrisch, beidseitig \(\infty\); \(f_4\): achsensymmetrisch, beidseitig \(-\infty\). b) A \(\to f_1\), B \(\to f_4\), C \(\to f_2\); \(f_3\) bleibt übrig.
43237710
Der abgebildete Graph gehört zu einer ganzrationalen Funktion. Begründe mit drei verschiedenen exakten mathematischen Argumenten, dass dieser Graph nicht zur Funktion \(f\) mit \(f(x)=-0{,}5x^4+2x^2\) gehören kann. Nutze dazu Eigenschaften, die im dargestellten Koordinatensystem eindeutig überprüfbar sind.
Abbildung zur Aufgabe 432377

Denkanstöße

- Welche Symmetrie folgt direkt aus den Exponenten im Term von \(f\)? - Welche Vielfachheit hat die Nullstelle \(x=0\), wenn du \(x^2\) ausklammerst? - Suche zusätzlich einen kleinen ganzzahligen \(x\)-Wert, dessen Funktionswert sich exakt berechnen und im Graphen eindeutig vergleichen lässt.

Lösung

1. Wegen \(f(-x)=f(x)\) ist der Graph von \(f\) achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. Der abgebildete Graph ist dagegen punktsymmetrisch zum Ursprung. Damit kann er nicht zu \(f\) gehören. 2. Aus \(f(x)=x^2(2-0{,}5x^2)\) folgt, dass \(x=0\) eine doppelte Nullstelle ist. Der Graph von \(f\) berührt dort die \(x\)-Achse ohne Vorzeichenwechsel. Der abgebildete Graph schneidet die \(x\)-Achse im Ursprung mit Vorzeichenwechsel. 3. Es ist \(f(1)=-0{,}5+2=1{,}5\). Im abgebildeten Graphen ist der Funktionswert bei \(x=1\) negativ. Auch dieser exakte Wertvergleich widerspricht \(f\).

Antwort

Drei mögliche exakte Widersprüche sind: falsche Symmetrie, falsches Verhalten an der Nullstelle \(x=0\) und ein falscher Funktionswert bei \(x=1\).
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 danach den Graphen A, B und C die passenden Funktionsterme zu. Nutze Symmetrie und \(y\)-Achsenabschnitte nur als zusätzliche Kontrolle.
Abbildung zur Aufgabe 432443

Denkanstöße

- Bestimme das Globalverhalten jeder Funktion zuerst aus Grad und Leitkoeffizient. - Welche drei unterschiedlichen Verläufe erhältst du? - Nutze Symmetrie oder den \(y\)-Achsenabschnitt erst als Kontrolle der Zuordnung.

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. Die 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 \(\to g\), B \(\to f\), C \(\to h\).
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 danach den Graphen 1 und 2 jeweils einen passenden Funktionsterm zu. Bestimme für die beiden zugeordneten Funktionen zusätzlich die Schnittpunkte mit den Koordinatenachsen.
Abbildung zur Aufgabe 433601

Denkanstöße

- Bestimme zuerst bei jedem Term Grad und Vorzeichen des Leitkoeffizienten. - Welche Globalverhalten folgen daraus? - Nutze Achsenschnittpunkte erst danach zur Bestätigung der passenden Graphen.

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 ist mit dem Globalverhalten von \(f\) vereinbar und hat den \(y\)-Achsenabschnitt \((0\mid-2)\). Aus \(0{,}5x^4-2=0\) folgt \(x=\pm\sqrt{2}\). Daher gehört Graph 1 zu \(f\). 4. Graph 2 ist mit dem Globalverhalten von \(h\) vereinbar. 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 \(\to f\) mit Achsenschnittpunkten \((0\mid-2)\), \(( -\sqrt{2}\mid0)\), \((\sqrt2\mid0)\). Graph 2 \(\to h\) mit Achsenschnittpunkten \((-1\mid0)\), \((0\mid0)\), \((1\mid0)\).
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

- Klammere zunächst einen gemeinsamen Faktor aus, um die Nullstellen sichtbar zu machen. - Welche Aussage liefert der Leitterm über beide Grenzrichtungen? - Vergleiche Graph A mit den berechneten Nullstellen. - Für Graph B kannst du einen kleinen ganzzahligen \(x\)-Wert exakt vergleichen.

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 Leitterm 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: \(x=-1\), \(0\), \(2\). 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? - Faktorisiere so weit, dass Nullstellen und Vielfachheiten direkt erkennbar sind. - Leite das Globalverhalten aus dem Leitterm ab, nicht aus dem Rand des Bildes. - Suche für den zweiten dargestellten Graphen einen exakt vergleichbaren Funktionswert.

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 Leitterm \(0{,}5x^4\) 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 und ordne anschließend die Terme den Graphen zu.
Abbildung zur Aufgabe 433643

Denkanstöße

- Bestimme das Globalverhalten jedes Terms aus Grad und Leitkoeffizient. - Welche drei unterschiedlichen Kombinationen erhältst du? - Vergleiche erst danach mit den dargestellten Graphenausschnitten.

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 \(f\). 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 \(g\). 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 \(h\).

Antwort

\(p_1\): beidseitig \(\infty\), Graph \(f\). \(p_2\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\), Graph \(g\). \(p_3\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\), Graph \(h\).
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 anschließend die Terme den Graphen A, B und C zu. Ein Term bleibt übrig. Nutze die Lage und das Verhalten an den Nullstellen zur Kontrolle.
Abbildung zur Aufgabe 433779

Denkanstöße

- Bestimme zunächst für jeden Term Grad und Vorzeichen des Leitkoeffizienten. - Welche Globalverhalten folgen daraus? - Nutze erst danach die Nullstellen, um die Zuordnungen zu kontrollieren.

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 (1). Als Kontrolle ist \(0{,}5x^3-2x=0{,}5x(x-2)(x+2)\) und hat die sichtbaren Nullstellen \(-2\), \(0\), \(2\). 4. Graph B passt zu Term (2), dessen Nullstellen \(x=\pm2\) sind. 5. Graph C 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. Term (4) bleibt übrig.

Antwort

a) (1): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); (2): beidseitig \(-\infty\); (3): beidseitig \(\infty\); (4): rechts \(-\infty\), links \(\infty\). b) A \(\to\) (1), B \(\to\) (2), C \(\to\) (3); (4) bleibt übrig.
43378610
Gegeben ist die Funktion \(h\) mit \(h(x)=-0{,}5x^4+2x^2-1\). Erkläre anhand von drei exakten Eigenschaften, weshalb die untenstehende Abbildung sicher nicht den Graphen von \(h\) darstellen kann. Verwende keine Schlussfolgerung über Grenzwerte allein aus dem sichtbaren Bildrand.
Abbildung zur Aufgabe 433786

Denkanstöße

- Beginne mit dem Funktionswert bei \(x=0\). - Ein zweiter kleiner ganzzahliger \(x\)-Wert liefert einen weiteren exakten Vergleich. - Um die Anzahl der reellen Nullstellen von \(h\) zu prüfen, kannst du die biquadratische Struktur nutzen.

Lösung

1. Es gilt \(h(0)=-1\). Der abgebildete Graph schneidet die \(y\)-Achse dagegen bei \(2\). Damit besteht bereits ein Widerspruch. 2. Außerdem ist \(h(1)=-0{,}5+2-1=0{,}5\). Im dargestellten Graphen beträgt der Wert bei \(x=1\) \(1{,}2\). Auch das passt nicht. 3. Für die Nullstellen führt \(u=x^2\) auf \(u^2-4u+2=0\). Daraus folgt \(u=2\pm\sqrt{2}\); beide Werte sind positiv. Somit besitzt \(h\) vier reelle Nullstellen \(x=\pm\sqrt{2-\sqrt{2}}\) und \(x=\pm\sqrt{2+\sqrt{2}}\). Der abgebildete Graph besitzt im dargestellten Bereich keine Nullstelle.

Antwort

Der Graph kann nicht zu \(h\) gehören: Er hat den falschen \(y\)-Achsenabschnitt, den falschen Wert bei \(x=1\) und nicht die vier reellen Nullstellen von \(h\).
43378910
Gegeben ist die ganzrationale Funktion \(f\) mit \(f(x)=x^4-2x^2+1\). Begründe mit drei verschiedenen Argumenten, dass der abgebildete Graph nicht zu dieser Funktion gehören kann. Nutze dabei Symmetrie sowie Lage und Verhalten an den Nullstellen.
Abbildung zur Aufgabe 433789

Denkanstöße

- Welche Symmetrie folgt aus der Exponentenstruktur des Funktionsterms? - Wie lässt sich \(f(x)\) so faktorisieren, dass die reellen Nullstellen und ihre Vielfachheiten sichtbar werden? - Vergleiche anschließend Lage und Berühr-/Schnittverhalten dieser Nullstellen mit dem abgebildeten Graphen.

Lösung

1. Für \(f\) gilt \(f(-x)=f(x)\), da nur gerade Exponenten vorkommen. Der Graph von \(f\) ist daher achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse. Der abgebildete Graph besitzt diese Symmetrie nicht. 2. Es ist \(f(x)=(x^2-1)^2=(x-1)^2(x+1)^2\). Damit besitzt \(f\) nur die beiden verschiedenen reellen Nullstellen \(x=-1\) und \(x=1\). Der abgebildete Graph hat zusätzlich Nullstellen bei \(x=-2\) und \(x=3\). 3. Die Nullstellen \(x=-1\) und \(x=1\) haben bei \(f\) jeweils Vielfachheit \(2\); der Graph müsste dort die \(x\)-Achse berühren. Im dargestellten Graphen wird die \(x\)-Achse dort geschnitten.

Antwort

Der Graph kann nicht zu \(f\) gehören, weil er nicht achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse ist, zusätzliche Nullstellen bei \(x=-2\) und \(x=3\) besitzt und bei \(x=\pm1\) die \(x\)-Achse schneidet statt sie wie \(f\) zu berühren.
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 zunächst das Globalverhalten der drei Funktionen und ordne anschließend die Graphen begründet zu.
Abbildung zur Aufgabe 433978

Denkanstöße

- Bestimme zuerst bei jedem Term das Globalverhalten aus Grad und Vorzeichen des Leitkoeffizienten. - Welcher Graph ist dadurch bereits eindeutig zugeordnet? - Welche \(y\)-Achsenabschnitte unterscheiden die beiden verbleibenden Terme? - Nutze eine Nullstelle abschließend als Kontrolle.

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 \(b\) zu \(g\). 2. Zur Unterscheidung der verbleibenden Graphen gilt \(f(0)=2\) und \(h(0)=1\). Graph \(a\) schneidet die \(y\)-Achse bei \(2\), Graph \(c\) bei \(1\). Daher gehört \(a\) zu \(f\) und \(c\) 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 \(a\). \(g\): rechts \(-\infty\), links \(\infty\); Graph \(b\). \(h\): rechts \(\infty\), links \(-\infty\); Graph \(c\).
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. - Klammere eine gemeinsame hohe Potenz von \(x\) aus, um zu sehen, welcher Term für große Beträge von \(x\) wächst. - Behandle positive und negative große \(x\)-Werte getrennt.

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 Leitterm \(-0{,}02x^5\) 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? - Bestimme den Leitterm der Funktion unabhängig vom Bild. - Vergleiche Grad und Vorzeichen dieses Leitterms mit den vier Grundfällen des Globalverhaltens.

Lösung

1. Aus einem endlichen Graphfenster kann das Verhalten für \(x\to\pm\infty\) nicht sicher abgelesen werden. 2. Der Leitterm 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 Computermodell beschreibt \(K(s)=-0{,}03s^3+2s\) ein vorzeichenbehaftetes Steuersignal in Abhängigkeit von einer normierten seitlichen Abweichung \(s\). Positive Werte von \(s\) bedeuten eine Abweichung nach rechts, negative nach links; positive Werte von \(K\) steuern nach rechts, negative nach links. a) Bestimme das Globalverhalten von \(K\) für \(s\to\infty\) und \(s\to-\infty\). b) Interpretiere die Vorzeichen des Globalverhaltens im Modell: In welche Richtung wirkt die Korrektur bei sehr großen positiven beziehungsweise negativen Abweichungen? c) Erkläre, warum das Modell für beliebig große Beträge von \(s\) trotz der passenden Korrekturrichtung nicht realistisch sein kann.

Denkanstöße

- Welcher Summand hat den höchsten Exponenten? - Ordne diesen Leitterm nach Gradparität und Vorzeichen des Koeffizienten ein. - Übersetze anschließend nur die Vorzeichen von \(s\) und \(K(s)\) mithilfe der im Text festgelegten Richtungen. - Überlege zuletzt, ob ein reales Steuersignal betragsmäßig unbegrenzt groß werden kann.

Lösung

1. Der Leitterm ist \(-0{,}03s^3\). Er hat ungeraden Grad und einen negativen Leitkoeffizienten. 2. Daher gilt \(K(s)\to-\infty\) für \(s\to\infty\). 3. Für \(s\to-\infty\) gilt entsprechend \(K(s)\to\infty\). 4. Bei sehr großer positiver Abweichung nach rechts wird das Steuersignal stark negativ und wirkt damit nach links. Bei sehr großer negativer Abweichung nach links wird das Steuersignal stark positiv und wirkt nach rechts. Die Richtung ist also jeweils korrigierend. 5. Zugleich wächst der Betrag von \(K(s)\) im Modell unbegrenzt. Ein reales Steuersystem besitzt jedoch begrenzte Stellgrößen; deshalb ist die Formel nur als vereinfachtes Modell für einen begrenzten Bereich sinnvoll. 6. Der lineare Term \(2s\) wächst für große Beträge von \(s\) langsamer als der kubische Term und verändert deshalb diese Aussagen zum Globalverhalten nicht.

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 Steuersignals wächst unbegrenzt; reale Stellgrößen sind begrenzt. 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.
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 \(n \in \mathbb{N}\) der ganzrationalen Funktion \(f\) mit \(f(x) = bx^n - 10x^6\) gilt: Für \(x \to \infty\) gilt \(f(x) \to \infty\) und für \(x \to -\infty\) gilt ebenfalls \(f(x) \to \infty\)? Gib eine begründete Entscheidung für die Parameter \(b\) und \(n\) an.

Denkanstöße

- Welcher Teil eines Funktionsterms bestimmt das Verhalten für sehr große oder sehr kleine x-Werte? - Was muss für den Grad einer Funktion gelten, damit sie auf beiden Seiten in die gleiche Richtung verläuft? - Wie beeinflusst das Vorzeichen des Leitkoeffizienten die Richtung des Graphen? - Untersuche separat, was passiert, wenn der Exponent n größer, gleich oder kleiner als 6 ist.

Lösung

1. Damit eine ganzrationale Funktion für \(x \to \pm \infty\) gegen \(+\infty\) strebt, muss der Summand mit dem höchsten Exponenten (das Leitglied) einen geraden Grad und einen positiven Koeffizienten besitzen. 2. Fallunterscheidung nach dem Exponenten \(n\): - Falls \(n < 6\): Das Leitglied ist \(-10x^6\). Der Koeffizient \(-10\) ist negativ, daher gilt \(f(x) \to -\infty\) für \(x \to \pm \infty\). Dies erfüllt die Bedingung nicht. - Falls \(n = 6\): Die Funktion lautet \(f(x) = (b - 10)x^6\). Damit der Koeffizient positiv ist, muss \(b - 10 > 0\) gelten, also \(b > 10\). Da der Grad 6 gerade ist, ist die Bedingung für \(b > 10\) erfüllt. - Falls \(n > 6\): Das Leitglied ist \(bx^n\). Damit der Koeffizient positiv ist, muss \(b > 0\) gelten. Damit der Graph auf beiden Seiten gegen \(+\infty\) verläuft, muss \(n\) eine gerade Zahl sein. 3. Ergebnis: Die Bedingungen sind erfüllt, wenn entweder \(n = 6\) und \(b > 10\) gilt oder wenn \(n > 6\) eine gerade Zahl ist und \(b > 0\) gilt.

Antwort

Die Bedingungen sind erfüllt für: 1. \(n = 6\) und \(b > 10\) 2. \(n \in \{8, 10, 12, \dots\}\) (alle geraden Zahlen größer als 6) und \(b > 0\).
42325811
a) Begründe mithilfe des Globalverhaltens und der Stetigkeit, warum jede ganzrationale Funktion ungeraden Grades mindestens eine reelle Nullstelle besitzt. b) Betrachte als Beispiel \(g(x)=(x^2+4)(x-5)^2(x+1)\). Bestimme den Grad, alle reellen Nullstellen und ihre Vielfachheiten. Erkläre kurz, wie das Ergebnis zu der Aussage aus a) passt.

Denkanstöße

- Welche Vorzeichen besitzen die Funktionswerte einer ganzrationalen Funktion ungeraden Grades weit links und weit rechts? - Welche Bedeutung hat Stetigkeit für alle Zwischenwerte zwischen zwei Funktionswerten? - Bestimme beim Beispiel zunächst den Grad des Produkts und untersuche anschließend jeden Faktor auf reelle Nullstellen. - Vergleiche das konkrete Ergebnis mit der allgemeinen Aussage aus Teil a).

Lösung

1. Bei einer ganzrationalen Funktion ungeraden Grades haben die Funktionswerte für \(x\to\infty\) und \(x\to-\infty\) entgegengesetztes Globalverhalten: auf einer Seite streben sie gegen \(\infty\), auf der anderen gegen \(-\infty\). 2. Ganzrationale Funktionen sind stetig. Daher nimmt die Funktion zwischen einem negativen und einem positiven Funktionswert auch den Wert \(0\) an. Somit besitzt sie mindestens eine reelle Nullstelle. 3. Für \(g\) ist der Grad \(2+2+1=5\), also ungerade. 4. Der Faktor \(x^2+4\) besitzt keine reelle Nullstelle. Aus \((x-5)^2=0\) folgt \(x=5\) mit Vielfachheit \(2\), aus \(x+1=0\) folgt \(x=-1\) mit Vielfachheit \(1\). 5. Damit besitzt \(g\) tatsächlich reelle Nullstellen und bestätigt das in a) begründete allgemeine Ergebnis.

Antwort

a) Wegen des entgegengesetzten Globalverhaltens und der Stetigkeit muss eine ganzrationale Funktion ungeraden Grades den Wert \(0\) mindestens einmal annehmen. b) Grad \(5\); Nullstellen: \(x=5\) mit Vielfachheit \(2\) und \(x=-1\) mit Vielfachheit \(1\). Das Beispiel ist mit der Aussage aus a) vereinbar.
42330011
Betrachte eine ganzrationale Funktion \(g\) ungeraden Grades \(n\). a) Beschreibe das Globalverhalten für einen positiven Leitkoeffizienten. b) Begründe mithilfe des Globalverhaltens und der Stetigkeit, warum jede ganzrationale Funktion ungeraden Grades mindestens eine reelle Nullstelle besitzt.

Denkanstöße

- Welche beiden Richtungen des Globalverhaltens ergeben sich bei ungeradem Grad und positivem Leitkoeffizienten? - Was ändert sich bei einem negativen Leitkoeffizienten, und was bleibt für die Vorzeichen an den beiden Enden gleich? - Welche Aussage liefert Stetigkeit über Werte zwischen einem negativen und einem positiven Funktionswert?

Lösung

1. Ist der Grad ungerade und der Leitkoeffizient positiv, so gilt \(g(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). 2. Bei negativem Leitkoeffizienten sind die beiden Richtungen vertauscht. In jedem Fall nimmt die Funktion für hinreichend große positive und negative \(x\)-Werte Funktionswerte mit unterschiedlichen Vorzeichen an. 3. Ganzrationale Funktionen sind stetig. Deshalb nimmt \(g\) zwischen einem negativen und einem positiven Funktionswert auch den Wert \(0\) an. 4. Somit besitzt jede ganzrationale Funktion ungeraden Grades mindestens eine reelle Nullstelle.

Antwort

a) \(g(x)\to\infty\) für \(x\to\infty\) und \(g(x)\to-\infty\) für \(x\to-\infty\). b) Wegen des entgegengesetzten Globalverhaltens existieren Funktionswerte mit verschiedenen Vorzeichen. Aufgrund der Stetigkeit muss die Funktion dazwischen den Wert \(0\) annehmen und besitzt daher mindestens eine reelle Nullstelle.
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

- Trenne die algebraische Aussage über \(x\to\pm\infty\) von dem, was ein endliches Bild zeigen kann. - Welcher Summand dominiert für betragsmäßig sehr große \(x\)? - Vergleiche die dargestellten \(x\)-Bereiche der beiden Fenster. - Kann ein endlicher Bereich jemals alle ausreichend großen \(x\)-Werte enthalten?

Lösung

1. Der Leitterm 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 Leitterm.

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 Leitterm 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 \(-2,-1,0,1,2\) entstehen, und beschreibe daraus den Verlauf von links nach rechts. e) Welche Plotterdarstellung A, B oder C stimmt mit dem vollständigen Skizzenprotokoll überein? Begründe mit mindestens drei Merkmalen. Übertrage dein fertiges Protokoll zusätzlich auf Papier in eine Skizze; digital bewertet wird das Protokoll.
Abbildung zur Aufgabe 556727

Denkanstöße

- Beginne mit dem Leitterm und der Symmetrie, bevor du die Plotterbilder ansiehst. - Welche Faktorisierung macht die fünf Nullstellen sichtbar? - An welchen Nullstellen muss das Vorzeichen wechseln, an welcher bleibt es gleich? - Nutze die Vorzeichenfolge als Gerüst für den groben Verlauf.

Lösung

1. Der Leitterm 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 bezüglich der \(y\)-Achse. 3. Es gilt \(q(x)=-x^2(x^2-1)(x^2-4)\). Damit ist \(x=0\) doppelt; \(x=\pm1\) und \(x=\pm2\) sind einfach. 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 \(\pm1,\pm2\), berührt bei \(0\), ist \(y\)-achsensymmetrisch und läuft an beiden äußeren Enden nach unten. 6. Nur Graph A besitzt diese vollständige Struktur.

Antwort

a) Leitterm \(-x^6\); \(q(x)\to-\infty\) für \(x\to\pm\infty\). b) Achsensymmetrie bezüglich der \(y\)-Achse. c) \(x=0\) doppelt; \(x=\pm1,\pm2\) jeweils einfach. d) Vorzeichen von links nach rechts: \(-,+,-,-,+,-\). Schnitte bei \(\pm1,\pm2\), Berührung bei \(0\); beide äußeren Äste verlaufen nach unten. e) Graph A.

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