Teilaufgabe 1b

Begründen Sie mithilfe des Funktionsterms von \(f\), dass \(\lim \limits_{x \, \to \, -\infty} f(x) = 0\) und \(\lim \limits_{x \, \to \, +\infty} f(x) = 2\) gilt.

(2 BE)

Lösung zu Teilaufgabe 1b

 

\[f(x) = \frac{2e^x}{e^x + 9}\,; \quad D = \mathbb R\]

 

Verhalten von \(f\) für \(x \to -\infty\)

 

Für eine deutliche Beurteilung des Grenzwertes \(\lim \limits_{x\,\to\,-\infty} f(x)\) wird der im Zähler und Nenner vorkommende Term \(e^x\) ausgeklammert und gekürzt.

 

\[\begin{align*}\lim \limits_{x\,\to\,-\infty} f(x) &= \lim \limits_{x\,\to\,-\infty}\,\frac{2e^x}{e^x + 9} \\[0.8em] &= \lim \limits_{x\,\to\,-\infty} \, \frac{2e^x}{e^x(1 + 9e^{-x})} \\[0.8em] &= \lim \limits_{x\,\to\,-\infty} \,\frac{2}{1 + 9\underbrace{e^{-x}}_{\to\,\infty}} = 0 \end{align*}\]

 

Verhalten von \(f\) für \(x \to +\infty\)

 

\[\lim \limits_{x\,\to\,+\infty} f(x) = \lim \limits_{x\,\to\,+\infty} \, \frac{2\overbrace{e^x}^{\to\,+\infty}}{\underbrace{e^x}_{\to\,+\infty} + 9}\]

 

Die Grenzwertbetrachtung führt auf den unbestimmten Ausdruck \(\,\displaystyle \frac{\infty}{\infty}\).

 

1. Lösungsansatz: Funktionsterm umformen (Term \(e^x\) ausklammern und kürzen)

 

\[\begin{align*}\lim \limits_{x\,\to\,+\infty} f(x) &= \lim \limits_{x\,\to\,+\infty}\,\frac{2e^x}{e^x + 9} \\[0.8em] &= \lim \limits_{x\,\to\,+\infty} \, \frac{2e^x}{e^x(1 + 9e^{-x})} \\[0.8em] &= \lim \limits_{x\,\to\,+\infty} \,\frac{2}{1 + 9\underbrace{e^{-x}}_{\to\,0}} = 2 \end{align*}\]

 

2. Lösungsansatz: Regel von L'Hospital anwenden

Ableitung des Zählerterms und des Nennerterms bestimmen:

\[( 2e^x)' = 2e^x\]

\[( e^x + 9)' = e^x\]

 

Regel von L'Hospital anwenden:

 

\[\lim \limits_{x\,\to\,+\infty} f(x) = \lim \limits_{x\,\to\,+\infty}\, \frac{2e^x}{e^x + 9} = \lim \limits_{x\,\to\,+\infty}\, \frac{2e^x}{e^x} = 2\]

 

Anmerkung:

Die Regel von L'Hospital ist nicht im G8 Mathematik Lehrplan enthalten. Erfahrungsgemäß wird diese aber des Öfteren optional unterrichtet, um Grenzwertbetrachtungen von unbestimmten Ausdrücken der Form \(\dfrac{0}{0}\) oder \(\dfrac{\infty}{\infty}\) zu vertiefen.

Weitere Lösungen dieser Aufgabengruppe: « Teilaufgabe 1a Teilaufgabe 1c »