Zwei Punkte legen a und b fest
Der Ansatz \(f(x)=a\cdot b^{x}\) enthält zwei Unbekannte — zwei Punkte des Graphen reichen, um beide zu bestimmen.
- Punkt auf der \(y\)-Achse:aus \(P(0\,|\,y_0)\) folgt sofort \(a=y_0\), denn \(b^{0}=1\). Dann bleibt nur noch \(b\).
- Sonst einsetzen:beide Punkte in \(f(x)=a\cdot b^{x}\) einsetzen — das gibt zwei Gleichungen.
- Dividieren:die Gleichungen durcheinander teilen; \(a\) kürzt sich weg, übrig bleibt eine Potenz von \(b\).
- Wurzel ziehen:nur die positive Lösung zählt, denn die Basis ist immer \(b>0\).
Herleitung:
Durch \(P(x_1\,|\,y_1)\) und \(Q(x_2\,|\,y_2)\): \(b=\left(\frac{y_2}{y_1}\right)^{\frac{1}{x_2-x_1}}\) und \(a=\frac{y_1}{b^{x_1}}\)
Viele Messwerte: Regression
Echte Messwerte streuen — kein Exponentialgraph trifft alle Punkte genau. Welche zwei Punkte man nimmt, verändert das Ergebnis.
Markiere genau zwei Messpunkte (Klick, oder Pfeiltasten und Enter). Probiere verschiedene Paare und vergleiche am Ende mit der Regressionskurve.
Halte fest: Die Kurve durch zwei Punkte hängt stark von der Auswahl ab. Die Regression berücksichtigt alle Messwerte und liefert die insgesamt am besten passende Kurve \(y=a\cdot b^{x}\).
Der GTR Casio fx-CG50 berechnet diese Ausgleichskurve im Menü Statistik.
- Listen füllen:MENU 2; \(x\)-Werte in List 1, \(y\)-Werte in List 2, jeweils mit EXE.
- Streudiagramm:F1 (GRAPH), F1 (GRAPH1).
- Regression:F1 (CALC), F6 (▷), F3 (EXP), F2 (a·b^x).
- Richtiges Modell:F1 (a·e^bx) wäre die Form \(a\cdot e^{bx}\) — dort bedeutet \(b\) etwas anderes.
- Ausgabe:a, b, r, r², MSe — z. B.
a=2.207660839,b=1.396328174,r²=0.9949405186für die Algen-Messreihe oben. - Güte:je näher \(r^{2}\) an \(1\) liegt, desto besser passt die Kurve zu den Messwerten.
- Zeichnen:F6 (DRAW) legt die Kurve über das Streudiagramm.
Allgemeine Hinweise
Dividieren, nicht subtrahieren
Zieht man die Gleichungen voneinander ab, verschwindet \(a\) nicht. Erst der Quotient \(\frac{y_2}{y_1}\) lässt \(a\) herausfallen.
Abstand im Exponenten
Die Wurzel richtet sich nach \(x_2-x_1\), nicht nach \(x_2\): Aus \(P(2\,|\,5)\) und \(Q(5\,|\,40)\) folgt \(b^{3}=8\), also \(b=2\).
Probe mit dem zweiten Punkt
Zum Schluss den anderen Punkt einsetzen. Stimmt der Funktionswert nicht, steckt ein Fehler in \(a\) oder \(b\).
