Quelltext der Seite Digitale Werkzeuge in der Schule/Basiswissen Analysis/Eigenschaften von Funktionen und Funktionsuntersuchung/Verhalten im Unendlichen und nahe Null

{{Box| Merke: Verhalten einer Funktion im Unendlichen |
Das '''Verhalten einer Funktion <math>f</math> im Unendlichen''' beschreibt, wie sich der Funktionswert <math>f(x)</math> verhält, wenn <math>x</math> gegen plus oder minus unendlich geht, also wie f für sehr große positive und negative Werte von <math>x</math> aussieht. Bei ganzrationalen Funktionen der Form <math>f(x)=a_n x^n+a_{n-1}x^{n-1}+\ldots+a_1 x+a_0</math> kann man das Verhalten im Unendlichen untersuchen, indem man sich den Summanden des Funktionsterms mit dem '''größten Exponenten''' von <math>x</math> anschaut. Betrachte also <math>g(x)=a_n x^n</math>. Im Unendlichen verhalten sich <math>f</math> und <math>g</math> gleich, man kann also einfach das Verhalten im Unendlichen von <math>g</math> untersuchen. Es gibt vier Fälle, die dabei unterschieden werden:
[[Datei:Fallunterscheidung zum Verhalten von Funktionen im Unendlichen.png|center]]
| Merksatz}}


{{Box| Merke: Verhalten nahe Null |
Das '''Verhalten einer Funktion <math>f</math> nahe Null''' beschreibt, wie sich der Funktionswert <math>f(x)</math> verhält, wenn <math>x</math> gegen Null geht, also für betragsmäßig kleine Werte von <math>x</math>. Eine ganzrationale Funktion der Form <math>f(x)=a_n x^n+a_{n-1}x^{n-1}+\ldots+a_1 x+a_0</math> verhält sich nahe Null wie die Summe aus dem '''absoluten Glied''' <math>a_0</math> und dem Summanden mit dem '''kleinsten Exponenten''' von <math>x</math>, die im Funktionsterm auftaucht.
Wenn du dir unsicher bist, welche Summanden das genau sind, schau am besten einmal genau in das folgende Beispiel.
| Merksatz}}

{{Box| Beispiel|
Betrachte die Funktion <math>f(x)=5x^2-3x+4</math>.

<math>f</math> verhält sich im Unendlichen wie <math>g(x)=5x^2</math>, also geht <math>f(x)\rightarrow\infty</math> für <math>x\rightarrow -\infty</math> und <math>x\rightarrow \infty</math>, da <math>n=2</math> eine gerade Zahl ist und <math>a_n=5>0</math>.

<math>f</math> verhält sich nahe Null wie <math>h(x)=-3x+4</math>, also eine fallende Gerade mit Steigung -3 und y-Achsenabschnitt 4.

Falls du ein weiteres Beispiel sehen möchtest, klappe es auf:
{{Lösung versteckt|1=
Betrachte nun die Funktion <math>f_2(x)=x^5+4x^2-7</math>.

<math>f_2</math> verhält sich im Unendlichen wie  <math>g_2(x)=x^5</math>, also geht <math>f_2(x)\rightarrow -\infty</math> für <math>x\rightarrow -\infty</math> und <math>f_2(x)\rightarrow\infty</math> für <math>x\rightarrow \infty</math> , da <math>n=5</math>  eine ungerade Zahl ist und <math>a_n=1>0</math>.

<math>f_2</math> verhält sich nahe Null wie <math>h_2(x)=4x^2-7</math>, also wie eine um den Faktor 4 gestreckte, nach oben geöffnete Parabel mit dem Scheitelpunkt bei <math>(0|-7)</math>.
|2=Weiteres Beispiel|3=Beispiel verbergen}}
| Merksatz}}

{{Box | 1=Aufgabe 1 - Quiz zum Verhalten einer Funktion |
2=Wähle die jeweils richtigen Antworten aus. Es können eine oder mehrere Antworten richtig sein. Achte darauf, ob das Verhalten im Unendlichen oder nahe Null gefragt ist. Es kann helfen, dir Notizen zu machen.
Falls du einen Tipp benötigst, klicke links oben auf die Glühlampe.
{{LearningApp|width:80%|height:1000px|app=10633191}}
| 3=Arbeitsmethode| Farbe={{Farbe|orange}}}}

{{Box | 1=Aufgabe 2 - Zuordnen des richtigen Graphen zum Funktionsterm |
2=Wähle jeweils den richtigen Funktionsgraphen aus, der zum angegebenen Funktionsterm passt.
Falls du einen Tipp benötigst, klicke links oben auf die Glühlampe.
{{LearningApp|width:80%|height:1000px|app=12085692}}
| 3=Arbeitsmethode}}

{{Box | 1=Aufgabe 3 - Beschreibe das Verhalten|
2=Beschreibe in deinem Heft das Verhalten der nachfolgenden Funktionen und Funktionenscharen im Unendlichen '''und''' nahe Null. Gehe dazu vor wie in den Merkboxen oben.

'''a)''' <math>f(x)=7x^5-2x^2</math>
{{Lösung versteckt|1=Gehe genauso vor wie im obigen Beispiel. Für das Verhalten im Unendlichen schau dir am besten noch einmal die vier möglichen Fälle an.|2=Tipp|3=Tipp verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f</math> verhält sich im Unendlichen wie <math>g(x)=7x^5</math>. Da <math>n=5</math> eine ungerade Zahl ist und <math>a_n=7>0</math>, geht <math>f(x)\rightarrow-\infty</math> für <math>x\rightarrow -\infty</math> und <math>f(x)\rightarrow\infty</math> für <math>x\rightarrow\infty</math>. Der Graph von <math>f</math> verläuft also von links unten nach rechts oben.
|2=Lösung: Verhalten im Unendlichen|3=Lösung verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f</math> verhält sich nahe Null wie <math>h(x)=-2x^2</math>, also wie eine nach unten geöffnete Parabel mit dem Scheitelpunkt im Ursprung, die um den Faktor zwei gestreckt ist.
|2=Lösung: Verhalten nahe Null|3=Lösung verbergen}}

'''b)''' <math>f(x)=x^2-\frac{4}{3}x^2-3x+9</math>
{{Lösung versteckt|1=Beachte, dass du manchmal den Funktionsterm erst zusammenfassen musst.|2=Tipp|3=Tipp verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=Zusammengefasst ist <math>f(x)=-\frac{1}{3}x^2-3x+9</math>. <math>f</math> verhält sich daher im Unendlichen wie <math>g(x)=-\frac{1}{3}x^2</math>. Da <math>n=2</math> eine gerade Zahl ist und <math>a_n=-\frac{1}{3}<0</math>, geht <math>f(x)\rightarrow-\infty</math> für <math>x\rightarrow \pm\infty</math>. Der Graph von <math>f</math> verläuft also von links unten nach rechts unten.
|2=Lösung: Verhalten im Unendlichen|3=Lösung verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f</math> verhält sich nahe Null wie <math>h(x)=-3x+9</math>, also wie eine fallende Gerade mit Steigung <math>-3</math> und y-Achsenabschnitt <math>9</math>.
|2=Lösung: Verhalten nahe Null|3=Lösung verbergen}}

'''c)''' &#x2B50; <math>f_t(x)=-7x^5+tx^3</math> mit <math>t>0</math>
{{Lösung versteckt|1=Gehe bei Funktionenscharen genau so vor wie bei normalen Funktionen.|2=Tipp|3=Tipp verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f_t</math> verhält sich im Unendlichen wie <math>g(x)=-7x^5</math>. Da <math>n=5</math> eine ungerade Zahl ist und <math>a_n=-7<0</math>, geht <math>f_t(x)\rightarrow\infty</math> für <math>x\rightarrow -\infty</math> und <math>f_t(x)\rightarrow-\infty</math> für <math>x\rightarrow \infty</math>. Der Graph von <math>f_t</math> verläuft also von links oben nach rechts unten.
|2=Lösung: Verhalten im Unendlichen|3=Lösung verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f_t</math> verhält sich nahe Null wie <math>h_t(x)=tx^3</math>, also wie eine Funktion dritten Gerades, die von links unten nach rechts oben geht, da <math>t</math> positiv ist. Der y-Achsenabschnitt ist <math>0</math>, da das absolute Glied im Funktionsterm von <math>f_t</math> nicht auftaucht und daher Null ist.
|2=Lösung: Verhalten nahe Null|3=Lösung verbergen}}

'''d)''' &#x2B50; <math>f_t(x)=-tx^3+2x^2-\frac{4}{7}</math> mit <math>t<0</math>
{{Lösung versteckt|1=Überlege dir zunächst, welches Vorzeichen <math>a_n</math> hat, wenn <math>t</math> negativ ist. |2=Tipp zum Verhalten im Unendlichen|3=Tipp verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f_t</math> verhält sich im Unendlichen wie <math>g_t(x)=-tx^3</math>. Da <math>n=3</math> eine ungerade Zahl ist und <math>a_n=-t>0</math>, da <math>t<0</math> ist, geht <math>f_t(x)\rightarrow-\infty</math> für <math>x\rightarrow -\infty</math> und <math>f_t(x)\rightarrow\infty</math> für <math>x\rightarrow \infty</math>. Der Graph von <math>f_t</math> verläuft also von links unten nach rechts oben.
|2=Lösung: Verhalten im Unendlichen|3=Lösung verbergen}}
{{Lösung versteckt|1=<math>f_t</math> verhält sich nahe Null wie <math>h(x)=2x^2-\frac{4}{7}</math>, also wie eine nach oben geöffnete Parabel mit y-Achsenabschnitt <math>-\frac{4}{7}</math>.
|2=Lösung: Verhalten nahe Null|3=Lösung verbergen}}
| 3=Arbeitsmethode}}



{{Fortsetzung|weiter=Monotonie|weiterlink=Digitale Werkzeuge in der Schule/Basiswissen Analysis/Eigenschaften von Funktionen und Funktionsuntersuchung/Monotonie|vorher=zurück|vorherlink=Digitale Werkzeuge in der Schule/Basiswissen Analysis/Eigenschaften von Funktionen und Funktionsuntersuchung}}