\(G_{f}\) geht aus dem Graphen der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(g \colon x \mapsto \frac{1}{18} \cdot (x^{3} - 25x)\) durch Verschiebung in positive \(x\)-Richtung hervor. Ermitteln Sie, um wie viel der Graph von \(g\) dazu verschoben werden muss. Begründen Sie mithilfe der Funktion \(g\), dass der Graph von \(f\) symmetrisch bezüglich seines Wendepunkts ist.
(4 BE)
Lösung zu Teilaufgabe 1c
Ermittlung der Verschiebung von \(G_{g}\)
Mithilfe der 3. Binomischen Formel lässt sich der Funktionsterm \(g(x)\) in seiner vollständig faktorisierten Form beschreiben. Daraus können die Nullstellen von \(g\) abgelesen und mit der Lage der Nullstellen der Funktion \(f\) verglichen werden.
\[\begin{align*}g(x) &= \frac{1}{18} \cdot (x^{3} - 25x) &&| \; x\;\text{ausklammern} \\[0.8em] &= \frac{1}{18} \cdot x(\underbrace{x^{2} - 25}_{\Large{a^{2}\,-\,b^{2}}}) &&| \;\text{3. Binom. Formel anwenden} \\[0.8em] &= \frac{1}{18} \cdot x\underbrace{(x - 5)(x + 5)}_{\Large{(a\,-\,b)(a\,+\,b)}} \end{align*}\]
Also sind \(x = -5\), \(x = 0\) und \(x = 5\) Nullstellen von \(g\).
Ein Vergleich der Nullstellen von \(g\) mit den Nullstellen von \(f\) zeigt, dass \(G_{f}\) durch eine Verschiebung um 5 LE in positive \(x\)-Richtung aus dem Graphen \(G_{g}\) hervorgeht.
Begründung, dass \(G_{f}\) symmetrisch bezüglich seines Wendepunkts ist
Da \(g(x)\) ausschließlich ungerade Potenzen enthält, ist \(G_{g}\) punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung \((0|0)\). Folglich ist der um 5 LE in positive \(x\)-Richtung verschobene Graph \(G_{f}\) punktsymmetrisch zu seinem Wendepunkt \(W(5|0)\).
Als Alternative kann die Punktsymmetrie zum Koordinatenursprung von \(G_{g}\) am Funktionsterm \(g(x)\) nachgewiesen werden.
Symmetrie von Funktionsgraphen bzgl. des Koordinatensystems
Der Graph einer Funktion \(f\) ist
achsensymmetrisch bzgl. der \(\boldsymbol{y}\)-Achse,
wenn für alle \(x \in D_f\) gilt: \(f(-x) = f(x)\).
punktsymmetrisch bzgl. des Koordinatenursprungs,
wenn für alle \(x \in D_f\) gilt: \(f(-x) = -f(x)\)
\[\begin{align*}g(-x) &= \frac{1}{18} \cdot ((-x)^{3} - 25 \cdot (-x)) \\[0.8em] &= \frac{1}{18} \cdot (-x^{3} + 25x) \\[0.8em] &= -\frac{1}{18} \cdot (x^{3} - 25x) \\[0.8em] &= -g(x)\end{align*}\]
Also ist \(G_{g}\) punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung und der um 5 LE in positive \(x\)-Richtung verschobene Graph \(G_{f}\) ist punktsymmetrisch zu seinem Wendepunkt \(W(5|0)\).