Eine Funktion vollständig untersuchen
AFB IIGegeben ist \(f(x)=(x^{2}-4)\cdot e^{-0{,}5x}\).
- Bestimmen Sie die Nullstellen und beschreiben Sie das Verhalten für \(x\to\pm\infty\).
- Bestimmen Sie die Extrempunkte (zwei Nachkommastellen).
- Ermitteln Sie die Wendestellen.
- Begründen Sie, dass \(f\) einen kleinsten Funktionswert besitzt, und geben Sie ihn an.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(x^{2}-4=0\iff x=\pm2\). Für \(x\to\infty\): \(f(x)\to0\) (Asymptote \(y=0\)); für \(x\to-\infty\): \(f(x)\to+\infty\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(f'(x)=0\iff x^{2}-4x-4=0\iff x=2\pm2\sqrt2\).
Tiefpunkt \(T(-0{,}83\,|\,-5{,}01)\), Hochpunkt \(H(4{,}83\,|\,1{,}73)\) (Vorzeichenwechsel des Polynomteils).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(0{,}25x^{2}-2x+1=0\iff x=4\pm2\sqrt3\), also \(x\approx0{,}54\) und \(x\approx7{,}46\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Für \(x>2\) ist \(f(x)>0\), für \(x\to-\infty\) wächst \(f\) über alle Grenzen. Der einzige Tiefpunkt ist deshalb global: kleinster Funktionswert \(f(-0{,}83)\approx-5{,}01\).
Eine schräge Asymptote
AFB II–IIIGegeben sind \(f(x)=x+1+4e^{-x}\) und die Schar \(f_c(x)=x+1+c\,e^{-x}\) mit \(c\in\mathbb R\).
- Zeigen Sie, dass sich der Graph von \(f\) für \(x\to\infty\) der Geraden \(y=x+1\) nähert.
- Bestimmen Sie den Tiefpunkt von \(f\) exakt.
- Zeigen Sie, dass der Graph von \(f\) stets oberhalb von \(y=x+1\) verläuft.
- Untersuchen Sie, für welche Werte von \(c\) die Funktion \(f_c\) einen Tiefpunkt hat.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(f(x)-(x+1)=4e^{-x}\to0\) für \(x\to\infty\): \(y=x+1\) ist schräge Asymptote.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(f'(x)=0\iff e^{-x}=\frac14\iff x=\ln4\). \(f''(x)=4e^{-x}>0\): Tiefpunkt \(T(\ln4\,|\,\ln4+2)\approx(1{,}39\,|\,3{,}39)\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
\(f(x)-(x+1)=4e^{-x}>0\) für alle \(x\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
\(1-c\,e^{-x}=0\iff e^{x}=c\) ist nur für \(c>0\) lösbar: \(x=\ln c\), und wegen \(f_c''(x)=c\,e^{-x}>0\) ist es ein Tiefpunkt.
Für \(c\le0\) ist \(f_c'(x)\ge1>0\): \(f_c\) ist streng monoton steigend, kein Tiefpunkt.
