Gerade und ungerade Exponenten
Auch bei \(f(x)=x^{-n}\) entscheidet der Exponent, welche der zwei Graphenformen entsteht.
Links liegen beide Äste oben, rechts liegt ein Ast oben rechts und einer unten links. Gemeinsam ist beiden Bildern: An der \(y\)-Achse geht es steil weg, nach außen legen sich die Kurven flach an die \(x\)-Achse.
- Punkte:immer \(P(1\,|\,1)\); gerade: \(Q(-1\,|\,1)\), ungerade: \(R(-1\,|\,-1)\).
- Quadranten:gerade: I und II; ungerade: I und III.
- Monotonie:gerade: steigt für \(x<0\), fällt für \(x>0\); ungerade: fällt auf beiden Ästen.
- Symmetrie:gerade: achsensymmetrisch, \(f(-x)=f(x)\); ungerade: punktsymmetrisch, \(f(-x)=-f(x)\).
- Steilheit:je größer \(n\), desto höher liegt der Graph nahe der Polstelle und desto flacher außerhalb von \([-1;\,1]\).
- Definitionsmenge:immer \(D_{f}=\mathbb{R}\setminus\{0\}\).
Wertemenge von \(x^{-n}\): \(W_{f}=\mathbb{R}^{+}\) (\(n\) gerade), \(W_{f}=\mathbb{R}\setminus\{0\}\) (\(n\) ungerade)
Verhalten am Rand
Zwei Fragen fehlen noch: Was passiert dicht neben der Null und was weit draußen?
- Polstelle, gerade:beide Äste wachsen über jede Grenze: \(f(x)\to+\infty\).
- Polstelle, ungerade:links \(f(x)\to-\infty\), rechts \(f(x)\to+\infty\).
- Weit draußen:für \(x\to\pm\infty\) gilt \(f(x)\to0\).
- Asymptoten:senkrecht \(x=0\), waagerecht \(y=0\).
- Wert 0:ein Bruch mit Zähler 1 ist nie null — \(0\) wird nie angenommen.
Schiebe den Punkt langsam Richtung Null und danach weit nach außen. Behalte die Zahlen im Blick.
Asymptoten-Explorer
Ein Punkt wandert auf dem Graphen von \(f(x)=x^{-n}\). Die beiden Asymptoten sind rot gestrichelt eingezeichnet.
Halte fest: der Funktionswert wird riesig oder winzig, aber nie unendlich und nie null. Bei \(x=0\) gibt es keinen Punkt.
Grenzverhalten: \(\lim\limits_{x\to\pm\infty}x^{-n}=0\)
Punkte und Exponenten bestimmen
Mit den Eigenschaften bestimmst du fehlende Koordinaten und Exponenten ohne GTR.
- Fehlender \(y\)-Wert:einsetzen: \(y=\frac{1}{x^{2}}\), \(x=-\frac{1}{3}\) ergibt \(y=\frac{1}{1/9}=9\).
- Fehlender \(x\)-Wert:\(16=\frac{1}{x^{2}}\Rightarrow x^{2}=\frac{1}{16}\Rightarrow x=\pm\frac{1}{4}\).
- Exponent gesucht:\(P(2\,|\,\frac{1}{8})\): \(2^{n}=\frac{1}{8}=2^{-3}\), also \(n=-3\).
- Echter Bruch:bei einer Basis größer als 1 zeigt er einen negativen Exponenten an.
- Zeichnen:die beiden Äste getrennt zeichnen und den Stift an der \(y\)-Achse absetzen.
Schalte zwischen den beiden Zeichnungen von \(f(x)=x^{-2}\) um und entscheide, welche richtig ist.
Zwei Äste, keine Brücke
Dieselbe Funktion, zwei Zeichnungen — eine davon behauptet etwas Falsches über die Stelle \(x=0\).
Halte fest: die verbundene Zeichnung behauptet fälschlich, dass \(f(0)\) existiert — genau das passiert beim Abzeichnen vom Rechner leicht.
Der Unterschied steckt allein über der \(y\)-Achse: links eine durchgezogene Spitze, rechts zwei Äste, die getrennt weiterlaufen.
Exponent bestimmen: \(a^{n}=\frac{1}{a^{k}}\;\Rightarrow\;n=-k\)
Allgemeine Hinweise
Null nie einsetzen
\(x=0\) gehört nicht zur Definitionsmenge. Dort gibt es keinen Funktionswert.
Zwei Lösungen
Bei geradem Exponenten liefert jeder positive \(y\)-Wert zwei Stellen. Aus \(\frac{1}{x^{2}}=16\) folgt \(x=\pm\frac{1}{4}\).
Blick auf x = −1
Liegt der Graph bei \(x=-1\) oberhalb der \(x\)-Achse, ist der Exponent gerade. Liegt er darunter, ist er ungerade.
