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Verschiebung e-Funktion

Beispiel:

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Im Schaubild sieht man den verschobenen und/oder gespiegelten Graph der natürlichen Exponential-Funktion.

Bestimme den Funktionsterm.

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Als erstes schauen wir uns die natürliche Exponentialfunktion f0(x)= e x an (im Schaubind in schwarzer Farbe eingezeichnet).

Wir sehen, dass der gesuchte rote Graph an der x-Achse gespiegelt wurde. Das heißt, dass alle Funktionswerte vom Betrag her gleich sind wie die der Original-e-Funktion, aber eben mit negativem Vorzeichen. Wir erhalten also als Funktionsterm des rot abgebildeten Graphen f(x)= - e x .

Verschiebung e-Funktion (schwer)

Beispiel:

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Im Schaubild sieht man den verschobenen und/oder gespiegelten Graph der natürlichen Exponential-Funktion.

Bestimme den Funktionsterm.

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Als erstes schauen wir uns die natürliche Exponentialfunktion f0(x)= e x an (im Schaubind in schwarzer Farbe eingezeichnet).

Wir sehen, dass der gesuchte rote Graph aber (teilweise) unter der x-Achse liegt. Deswegen spiegeln wir die Original-e-Funktion an der y-Achse und erhalten den blau abgebildeten Graphen der Funktion f1(x)= - e x .

Man erkennt nun (v.a. wieder am fast waagrecht verlaufenden Teil), dass der gesuchte rote Graph um 2 nach unten verschoben ist. Wir nähern uns somit mit dem orangen Graphen der Funktion f3(x)= - e x -2 dem roten Graphen auf der richtige 'Höhe' an.

Dadurch erhalten wir als gesuchten Funktionsterm:
f(x)= - e x -2 .

Verschiebung am Graph erkennen (einfach)

Beispiel:

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Der abgebildete Graph der Funktion g ist durch Verschiebung aus dem Graph von f mit f(x)= x 4 hervorgangenen.
Bestimme den Funktionsterm der Funktion g.

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Wenn man sich die Originalfunktion f mit f(x)= x 4 (in schwarz eingezeichnet) einigermaßen vorstellen kann, erkennt man schnell, dass der rote Graph in y-Richtung verschoben wurde, und zwar um 2 nach unten, bzw. -2 nach oben. Der gesuchte Funktionsterm ist also g(x)= x 4 -2

Verschiebung am Graphen

Beispiel:

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Im Schaubild rechts ist in schwarzer Farbe der Graph der Funktion f mit f(x)= 3x · e x abgebildet.
Der rote Graph entsteht durch Verschiebung (um ganzzahlige Werte) und eventueller Spiegelung an den Koordinatenachsen der schwarz abgebildeten Originalfunktion. Bestimme den zugehörigen Funktionsterm.

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Als erstes untersuchen wir, ob der zweite (rot eingezeichnete) Graph an einer Koordinatenachse gespiegelt wurde oder nur verschoben:
Wir erkennen, dass der zweite Graph nirgends gespiegelt, sondern nur verschoben wurde.

Wenn wir jetzt den markanten Tiefpunkt betrachten, so erkennen wir dass dieser von (-1|-1.1) in der Originalfunktion nach (1|-3.1) verschoben wurde, wir erkennen also eine Verschiebung um 2 in x-Richtung und um -2 in y-Richtung.

Der neue Funktionsterm ist folglich: g(x)=f(x -2) + -2 = 3 ( x -2 ) · e x -2 -2

Verschiebung am Term erkennen

Beispiel:

Beschreibe, wie der Graph von g mit g(x)= 1 2 x +3 aus dem Graph von f mit f(x)= x entsteht.

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Hinter dem Hauptterm steht noch eine 3. Das bedeutet, dass zu jedem Funktionswert noch 3 dazu addiert wird. Also wird der Graph von g um 3 nach oben verschoben.

Die 1 2 als Koeffizient vor dem Hauptterm bewirkt, dass die Funktionswerte mit dem Faktor 1 2 multipliziert werden. Dadurch wird der Graph um 1 2 gestreckt.

Term aus Verschiebung (Streck.) bestimmen

Beispiel:

Der Graph von f mit f(x)= cos( x ) wird um den Faktor 1 3 in y-Richtung gestreckt und an der x-Achse gespiegelt und um 3 nach rechts verschoben.

Bestimme den Funktionsterm g(x) des neuen Graphen.

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Die Streckung um den Faktor 1 3 in y-Richtung erreicht man durch den Koeffizienten 1 3 vor der Potenz.

Die Spiegelung an der x-Achse bekommt man durch ein negatives Vorzeichen bei dem Koeffizienten vor der Potenz, also - 1 3 .

Bei der Verschiebung um 3 nach rechts wird jedes 'x' durch (x -3) ersetzt.

Der gesuchte Funktionsterm g(x) ist somit: g(x)= - 1 3 cos( x -3 )

Extrempunkte (+WP) über Verschiebung

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= - 1 2 ( x -4 ) 5 +4 besitzt eine Hoch-, Tief- oder Sattelpunkt. Bestimme diesen ohne Berechnung der Ableitung.

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Man kann erkennen, dass der Graph von f mit f(x)= - 1 2 ( x -4 ) 5 +4 durch Verschieben und Strecken aus dem Graph von g mit g(x)= x 5 hervorgeht.

Da das 'x' aus g(x) in f(x) durch (x -4) ersetzt wurde, werden in f die Funktionswerte von g von den um 4 kleineren x-Werten genommen werden. (Also sind bei gleichen Funktionswerten die x-Werte bei f um 4 größer als bei g) Für den Graph bedeutet das, dass er um 4 nach rechts in x-Richtung verschoben wird.

Das 4 hinter dem Potenzterm bedeutet, dass zu jedem Funktionswert noch 4 dazu addiert wird. Also wird der Graph von f um 4 nach oben verschoben.

Der Graph der Grundfunktion g mit g(x)= x 5 hat ja genau einen Sattelpunkt, und zwar im Ursprung O(0|0). Dieser wird natürlich mit verschoben und ist somit beim Graph von f bei (4|4).

Das negative Vorzeichen im Koeffizienten - 1 2 ändert das Vorzeichen der Funktionswerte und bewirkt somit eine Spiegelung an der x-Achse.

Dadurch verändert der Sattelpunkt zwar seine Richtung, bleibt aber ein Sattelpunkt.

(Die Streckung (bzw. Stauchung) des Graphen durch den Koeffizienten - 1 2 vor der Potenz ändert an der Art und Lage des Sattelpunkt nichts.)

Der Graph der Funktion f mit f(x)= - 1 2 ( x -4 ) 5 +4 besitzt somit einen Sattelpunkt SP(4|4).

Symmetrie nach Verschiebung

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -3 ( x -5 ) 5 +5 ( x -5 ) 3 +4 besitzt Symmetrieeigenschaften. Bestimme diese.

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Man kann erkennen, dass der Graph von f mit f(x)= -3 ( x -5 ) 5 +5 ( x -5 ) 3 +4 durch Verschieben aus dem Graph von g mit g(x)= -3 x 5 +5 x 3 hervorgeht.

Da das 'x' aus g(x) in f(x) durch (x -5) ersetzt wurde, werden in f die Funktionswerte von g von den um 5 kleineren x-Werten genommen werden. (Also sind bei gleichen Funktionswerten die x-Werte bei f um 5 größer als bei g) Für den Graph bedeutet das, dass er um 5 nach rechts in x-Richtung verschoben wird.

Das 4 hinter dem Potenzterm bedeutet, dass zu jedem Funktionswert noch 4 dazu addiert wird. Also wird der Graph von f um 4 nach oben verschoben.

Da bei der Grundfunktion g mit g(x)= -3 x 5 +5 x 3 nur ungerade Potenzen vorkommen, ist ihr Graph punktsymmetrisch zum Ursprung O)0|0). Dieser Symmetriepunkt wird natürlich mit verschoben und ist somit beim Graph von f bei (5|4).

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -3 ( x -5 ) 5 +5 ( x -5 ) 3 +4 ist somit punktsymmetrisch zum Punkt (5|4).

Spiegelung an horizontalen Geraden

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -2 +3 x 2 · e x wird an der Geraden y = -3 gespiegelt.
Bestimme den Funktionsterm des gespiegelten Graphen.

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Der Graph der Originalfunktion f(x)= -2 +3 x 2 · e x soll an der Geraden y = -3 (rot) gespiegelt werden.

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Dazu verschieben wir die Funktion als erstes um +3 in y-Richtung und erhalten somit f1(x)= -2 +3 x 2 · e x +3 = 1 +3 x 2 · e x (grün).

Dabei erkennen wir, dass die Lage von der (schwarzen) Orginalfunktion zur Geraden y = -3 (rot) genau gleich ist wie die Lage der neuen verschobenen Funktion f1(x) (grün) zur x-Achse.

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Diese verschobene (grüne) Funktion spiegeln wir nun an der x-Achse. Dabei drehen wir einfach das Vorzeichen des gesamten Funktionsterm um und erhalten so den orangen Graph von f2(x)= -( 1 +3 x 2 · e x ) = -1 -3 x 2 · e x .

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Zum Schluss müssen wir die Verschiebung vom ersten Schritt wieder Rückgängig machen und den gespiegelten orangen Graph von f2(x) wieder um -3 in y-Richtung verschieben. Dabei erhalten wir den gesuchten Graph mit dem Funktionsterm
g(x)= -1 -3 x 2 · e x -3 = -4 -3 x 2 · e x (blau).

Man erkennt am Schaubild, dass der Graph von g tatsächlich das Spiegelbild des Graphen von f an der Geraden y=-3 ist.

Spiegelung an vertikalen Geraden

Beispiel:

Der Graph der Funktion f mit f(x)= -1 +3 x · e x wird an der Geraden x = -2 gespiegelt.
Bestimme den Funktionsterm des gespiegelten Graphen.

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Der Graph der Originalfunktion f(x)= -1 +3 x · e x soll an der Geraden x = -2 (rot) gespiegelt werden.

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Dazu spiegeln wir die Funktion erst mal an der y-Achse, indem wir im gesamten Funktionsterm -x statt x einsetzen. So erhalten wir den Funktionsterm
f1(x)= 3( -x ) · e -x -1 = -1 -3 x · e -x
dessen Graph im Schubild rechts in grün eingezeichnet ist.




Hier erkennt man jetzt, dass der Abstand des aktuell gespiegelten Graphs von f1(x) von der gesuchten Spiegelung an x = -2 gerade der doppelte Abstand ist wie der zwischen Spiegelachse und y-Achse.

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Wir müssen also den an der y-Achse gespiegelten Graph von f1(x) um 4 Einheiten nach links verschieben. Dazu müssen wir überall im Term von f1(x)= -1 -3 x · e -x das x durch (x +4) ersetzen und erhalten so den Term :
Graph von g(x)= 3( -( x +4 ) ) · e -( x +4 ) -1 = -1 -3 ( x +4 ) · e -x -4 .

Man erkennt am Schaubild, dass der Graph von g tatsächlich das Spiegelbild des Graphen von f an der Geraden x=-2 ist.