Strecken von Funktionsgraphen

Innerhalb eines Jahres schwankt die CO₂-Konzentration. Für einen bestimmten Zeitraum von acht Monaten lassen sich die gemessenen Werte modellhaft durch die in \(\mathbb R\) definierte Funktion \(k \colon x \mapsto 3{,}3 \cdot \sin{\big( \frac{\pi}{6}x \big)} + 406\) beschreiben. Dabei ist \(x\) die in diesem Zeitraum vergangene Zeit in Monaten und \(k(x)\) die CO₂-Konzentration in ppm. Vereinfachend wird davon ausgegangen, dass jeder Monat 30 Tage hat.

Geben Sie an, wie der Graph von \(k\) schrittweise aus dem Graphen der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(s \colon x \mapsto \sin{(x)}\) hervorgeht. Beurteilen Sie, ob die Reihenfolge der einzelnen Schritte von Bedeutung ist.

(5 BE)

Gegeben sind die in \(\mathbb R\) definierten Funktionen \(f \colon x \mapsto 2^x + 3x + 4\) und \(g \colon x \mapsto 2^{x+1} + 6x -2\).

Zeigen Sie, dass der Graph der Funktion \(g\) aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch

1. eine Streckung in \(y\)-Richtung mit dem Faktor \(2\) und
2. eine Verschiebung in \(y\)-Richtung um \(-10\)

hervorgeht. Begründen Sie, dass die Reihenfolge der Schritte von Bedeutung ist.

1. Beschreiben Sie mithilfe der Abbildung, wie der Graph von \(g\) aus dem Graphen von \(f\) hervorgeht. Geben Sie einen Funktionsterm von \(g\) an, indem Sie \(g\) durch \(f\) ausdrücken.
2. Beschreiben Sie, wie der Graph der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(p\colon x \mapsto 4x^2 +8x +4\) aus dem Graphen der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(q\colon x \mapsto x^2\) hervorgeht.

Geben Sie jeweils den Funktionsterm einer Funktion an, die folgende Eigenschaften besitzt:

1. Die Funktion \(f\) besitzt die Wertemenge \([-2;2]\) und \(x = -\frac{\pi}{2}\) sowie \(x = \frac{\pi}{2}\) sind zwei Nullstellen von \(f\).
2. Die Funktion \(g\) divergiert für \(x \to -\infty\) gegen \(+\infty\) und konvergiert für \(x \to +\infty\) gegen \(+3\).
3. Der Graph der Funktion \(h\) ist punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung. Er besitzt die Nullstelle \(x = 2\) und es gilt: \(\lim \limits_{x\, \to\, -\infty}h(x) = +\infty\).

Gegeben ist die Funktion \(f\) mit \(f(x) = -\dfrac{3}{x - 2}\).

a) Bestimmen Sie \(\lim \limits_{x\,\to\,-\infty}f(x)\) und \(\lim \limits_{x\,\to\,+\infty}f(x)\). Beschreiben Sie Ihre Ergebnisse in Worten und interpretieren Sie diese graphisch.

b) Der Graph der Funktion \(g\) geht aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch Verschiebung in \(x\)-Richtung und in \(y\)-Richtung hervor, wobei er die Asymptoten mit den Gleichungen \(x = 3\) und \(y = -2\) besitzt. Geben Sie die zugehörige Verschiebung in \(x\)-Richtung und in \(y\)-Richtung an sowie einen Funktionsterm von \(g\).

c) Der Graph der Funktion \(h\) entsteht aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch eine Streckung mit dem Faktor \(3\) in \(y\)-Richtung und eine anschließende Verschiebung um \(2\) in \(y\)-Richtung. Der Graph der Funktion \(k\) entsteht aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch die angegebene Streckung und Verschiebung in umgekehrter Reihenfolge. Entscheiden Sie, ob folgende Aussage richtig ist: „Die Funktionsterme von \(h\) und \(k\) unterscheiden sich." Begründen Sie ihre Entscheidung.

Aufgabe 1

Gegeben sind die in \(\mathbb R\) definierten Funktionen \(f\) und \(g\). Der Graph der Funktion \(f\) ist achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse und der Graph der Funktion \(g\) ist punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung.

Untersuchen Sie das Symmetrieverhalten des Graphen der Funktion \(h \colon x \mapsto f(x) \cdot \left[ g(x) \right]^4\) bezüglich des Koordinatensystems.

 

Aufgabe 2

Geben Sie jeweils den Funktionsterm einer Funktion an, die folgende Eigenschaften besitzt:

1. Die Funktion \(f\) besitzt die Wertemenge \([-2;2]\) und \(x = -\frac{\pi}{2}\) sowie \(x = \frac{\pi}{2}\) sind zwei Nullstellen von \(f\).
2. Die Funktion \(g\) divergiert für \(x \to -\infty\) gegen \(+\infty\) und konvergiert für \(x \to +\infty\) gegen \(+3\).
3. Der Graph der Funktion \(h\) ist punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung. Er besitzt die Nullstelle \(x = 2\) und es gilt: \(\lim \limits_{x\, \to\, -\infty}h(x) = +\infty\).

 

Aufgabe 3

1. Beschreiben Sie mithilfe der Abbildung, wie der Graph von \(g\) aus dem Graphen von \(f\) hervorgeht. Geben Sie einen Funktionsterm von \(g\) an, indem Sie \(g\) durch \(f\) ausdrücken.
2. Beschreiben Sie, wie der Graph der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(p\colon x \mapsto 4x^2 +8x +4\) aus dem Graphen der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(q\colon x \mapsto x^2\) hervorgeht.

 

Aufgabe 4

Gegeben sind die in \(\mathbb R\) definierten Funktionen \(f \colon x \mapsto 2^x + 3x + 4\) und \(g \colon x \mapsto 2^{x+1} + 6x -2\).

Zeigen Sie, dass der Graph der Funktion \(g\) aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch

1. eine Streckung in \(y\)-Richtung mit dem Faktor \(2\) und
2. eine Verschiebung in \(y\)-Richtung um \(-10\)

hervorgeht. Begründen Sie, dass die Reihenfolge der Schritte von Bedeutung ist.

 

Aufgabe 5

Gegeben ist die Funktion \(h\) mit

\[h \colon x \mapsto \begin{cases} \begin{align*} -2^{-x+1}+3 \enspace \text{für} \enspace x &\leq 2 \\[0.8em] \sin{(x-1)+0{,}5} \enspace \text{für} \enspace x &>2\end{align*} \end{cases}\]

auf ihrem maximalen Definitionsbereich \(D_h = \mathbb R\).

Untersuchen Sie die Funktion \(h\) auf Stetigkeit.

 

Aufgabe 6

Gegeben ist die Funktion \(f \colon x \mapsto \dfrac{2x^2 - 8}{x^2 + x}\) mit maximaler Definitionsmenge \(D_f\).

1. Bestimmen Sie \(D_f\) sowie die Nullstelle(n) von \(f\) und geben Sie die Gleichung(en) der senkrechten Asymptote(n) des Graphen von \(f\) an.
2. Begründen Sie, dass \(y = 2\) die Gleichung der waagerechten Asymptote des Graphen von \(f\) ist.

 

Aufgabe 7

Geben Sie den Term einer gebrochenrationalen Funktion \(f\) an,

1. deren Graph die senkrechten Asymptoten mit den Gleichungen \(x = -2\) und \(x = 3\), die doppelte Nullstelle \(x = 1\) sowie die waagrechte Asymptote mit der Gleichung \(y = 0\) besitzt.
2. die in \(\mathbb R\) definiert ist und deren Graph die waagrechte Asymptote mit der Gleichung \(y = 1\) besitzt sowie die \(y\)-Achse bei \(3\) schneidet.

 

Aufgabe 8

Begründen oder widerlegen Sie folgende Aussage:

Wenn der Graph \(G_f\) einer gebrochenrationalen Funktion \(f\) punktsymmetrisch zum Koordinatenursprung ist, so hat \(f\) mindestens zwei Definitionslücken.

Aufgabe 1

Gegeben ist die Funktion \(f\) mit \(f(x) = -\dfrac{3}{x - 2}\).

a) Bestimmen Sie \(\lim \limits_{x\,\to\,-\infty}f(x)\) und \(\lim \limits_{x\,\to\,+\infty}f(x)\). Beschreiben Sie Ihre Ergebnisse in Worten und interpretieren Sie diese graphisch.

b) Der Graph der Funktion \(g\) geht aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch Verschiebung in \(x\)-Richtung und in \(y\)-Richtung hervor, wobei er die Asymptoten mit den Gleichungen \(x = 3\) und \(y = -2\) besitzt. Geben Sie die zugehörige Verschiebung in \(x\)-Richtung und in \(y\)-Richtung an sowie einen Funktionsterm von \(g\).

c) Der Graph der Funktion \(h\) entsteht aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch eine Streckung mit dem Faktor 3 in \(y\)-Richtung und eine anschließende Verschiebung um 2 in \(y\)-Richtung. Der Graph der Funktion \(k\) entsteht aus dem Graphen der Funktion \(f\) durch die angegebene Streckung und Verschiebung in umgekehrter Reihenfolge. Entscheiden Sie, ob folgende Aussage richtig ist: „Die Funktionsterme von \(h\) und \(k\) unterscheiden sich." Begründen Sie ihre Entscheidung.

 

Aufgabe 2

a) Die Abbildung zeigt den Graphen einer Funktion \(f\). Erläutern Sie anhand des Graphen, ob die Funktion \(f\) an den Stellen \(x_1\), \(x_2\) und \(x_3\) jeweils stetig ist.

b) Gegeben ist die Funktion

\[g \colon x \mapsto \begin{cases} \begin{align*} &ax + a &&\text{für} \; x < 1 \\[0.8em] &-2 &&\text{für}\;1 \leq x < 5 \\[0.8em] &b \cdot (x^3 - 10x^2 + 25x)-2 &&\text{für}\;x \geq 5 \end{align*} \end{cases}\enspace\text{mit}\;a, b \in \mathbb R\]

Bestimmen Sie den Wert von \(a\) so, dass \(g\) an der Stelle \(x = 1\) stetig ist und zeigen Sie, dass \(g\) an der Stelle \(x = 5\) unabhängig vom Wert von \(b\) stetig ist.

  

Aufgabe 3

Gegeben ist die Funktion \(f \colon x \mapsto \dfrac{x(x-3)}{(x-2)^2}\) mit maximaler Definitionsmenge \(D_f\).

a) Geben Sie \(D_f\) an und entscheiden Sie, welcher der Graphen I bis IV den Graphen der Funktion \(f\) darstellt. Begründen Sie Ihre Entscheidung.

 

b) Graph IV zeigt den Graphen einer gebrochenrationalen Funktion \(g\), der eine schräge Asymptote mit der Gleichung \(y = -x + 4\) besitzt. Die Koordinaten der Schnittpunkte des Graphen von \(g\) mit den Koordinatenachsen sowie die Polstelle von \(g\) sind ganzzahlig.

Geben Sie an, welcher der folgenden Funktionsterme die Funktion \(g\) beschreibt.

 

Aufgabe 4

Gegeben ist die gebrochenrationale Funktion \(f \colon x \mapsto \dfrac{-2x-4}{x^3+6x^2+9x}\) mit maximaler Definitionsmenge \(D_f\). Der Graph von \(f\) wird mit \(G_f\) bezeichnet.

a) Geben Sie die Nullstelle von \(f\) an. Untersuchen Sie \(f\) auf Polstellen und geben Sie \(D_f\) an. Bestimmen Sie das Verhalten von \(G_f\) an den Definitionslücken.

b) Untersuchen Sie \(G_f\) auf schräge oder waagrechte Asymptoten.

c) Berechnen Sie \(f(-4)\) und \(f(1)\) und zeichnen Sie \(G_f\) im Bereich \(-7 < x < 4\) in ein Koordinatensystem.

 

Aufgabe 5

a) Bestimmen Sie den Grenzwert \(\lim \limits_{x\,\to\,2} f(x)\) mit \(f(x) = \dfrac{4x^2-6x-4}{x-2}\).

(Zwischenergebnis: \(x = 2\) ist Nullstelle von \(f\))

b) Die Grenzwertbetrachtung lässt auf eine besondere Eigenschaft der gebrochrationalen Funktion \(f\) schließen. Geben sie diese an und beschreiben Sie kurz wie sich der Graph von \(f\) an der Stelle \(x = 2\) verhält.

 

Aufgabe 6

Beim Fernsehsender „Sport TV" treten bei Live-Übertragungen mit einer Wahrscheinlichkeit von 4 % Bildstörungen auf. Wenn das Bild gestört ist, kommt es mit einer Wahrscheinlichkeit von 60 % auch zu Tonstörungen. Bei 13,6 % der Übertragungen kommt es zu Bild- oder Tonstörungen.

Betrachte werden folgende Ereignisse:

\(B\): „Es tritt eine Bildstörung bei der Live-Übertragung auf",

\(T\): „Es tritt eine Tonstörung bei der Live-Übertragung auf".

a) Zeigen Sie, dass bei 12 % aller Live-Übertragungen Tonstörungen auftreten.

b) Berechnen Sie die Wahrscheinlichkeit dafür, dass bei einer Live-Übertragung

1. ein einwandfreies Bild empfangen wird, falls der Ton gestört ist.
2. Bild oder Ton einwandfrei empfangen werden.

c) Untersuchen Sie, ob die Ereignisse \(B\) und \(T\) stochastisch unabhängig sind.

(zur Kontrolle: \(F(1) \approx -\frac{2}{\pi}\))

(5 BE)

Geben Sie einen Term einer in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(g\) an, die den Wertebereich \([-2;4]\) hat.

(2 BE)

Betrachtet wird die Schar der in \(\mathbb R\) definierten Funktionen \(f_a\) mit \(f_a(x) = x \cdot e^{ax}\) und \(a \in \mathbb R \backslash\{0\}\). Für jeden Wert von \(a\) besitzt die Funktion \(f_a\) genau eine Extremstelle.

Begründen Sie, dass der Graph von \(f_a\) für \(x<0\) unterhalb der \(x\)-Achse verläuft.

(2 BE)

Zeigen Sie, dass die folgende Aussage für jeden Wert von \(a\) richtig ist:

Wird der Graph von \(f_a\) mit dem gleichen Faktor \(k > 0\) sowohl in \(x\)-Richtung als auch in \(y\)-Richtung gestreckt, so stellt der dadurch entstehende Graph ebenfalls eine Funktion der Schar dar.

(3 BE)

Gegeben sind die in \(\mathbb R\) definierten Funktionen \(g_{a,c} \, \colon x \mapsto \sin (ax) + c\) mit \(a,c \in \mathbb R^+_0\).

Geben Sie für jede der beiden folgenden Eigenschaften einen möglichen Wert für \(a\) und einen möglichen Wert für \(c\) so an, dass die zugehörige Funktion \(g_{a,c}\) diese Eigenschaft besitzt.

α) Die Funktion\(g_{a,c}\) hat die Wertemenge \([0;2]\).

β) Die Funktion \(g_{a,c}\) hat im Intervall \([0;\pi]\) genau drei Nullstellen.

(3 BE)

Betrachtet wird die in \(\mathbb R\) definierte Funktion \(p \colon x \mapsto \dfrac{40}{(x - 12)^{2} + 4}\); die Abbildung zeigt den Graphen \(G_{p}\) von \(p\).

Beschreiben Sie, wie \(G_{p}\) aus dem Graphen der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(h \colon x \mapsto \dfrac{5}{x^{2} + 4}\) schrittweise hervorgeht, und begründen Sie damit, dass \(G_{p}\) bezüglich der Geraden mit der Gleichung \(x = 12\) symmetrisch ist.

(4 BE)

Die Funktion \(k\) besitzt die Periode \(\pi\).

(1 BE)

Für \(0 \leq x \leq 5\) gilt, dass der Graph von \(f\) und der Graph einer trigonometrischen Funktion \(h\)

●  die gleichen Schnittpunkte mit der \(x\)-Achse besitzen,

●  beide nicht unterhalb der \(x\)-Achse verlaufen,

●  jeweils mit der \(x\)-Achse eine Fläche des Inhalts \(\frac{625}{72}\) einschließen.

Bestimmen Sie einen Term einer solchen Funktion \(h\).

(6 BE)

Die Abbildung zeigt den Graphen der in \(\mathbb R\) definierten Funktion \(g \colon x \mapsto p + q \cdot \sin\left( \frac{\pi}{r}x \right)\) mit \(p,qr \in \mathbb N\).

Geben Sie \(p,q\) und \(r\) an.

(3 BE)

Die Funktion \(g\) ist nicht konstant und es gilt \(\displaystyle \int_{0}^{2} g(x) dx = 0\).

(2 BE)

Beschreiben Sie, wie \(G_{g}\) schrittweise aus dem Graphen der in \(\mathbb R^{+}_{0}\) definierten Funktion \(w \colon x \mapsto \sqrt{x}\) hervorgeht, und geben Sie die Wertemenge von \(g\) an.

(4 BE)