Ganzrationale Funktionen und ihr Verhalten für x→±∞
Eine ganzrationale Funktion hat die Form f(x) = a₁₁x^n + a₁₁₋₁x^(n-1) + ... + a₁x + a₀, wobei n eine natürliche Zahl ist und a₁₁ ≠ 0. Der Definitionsbereich ist die Menge aller reellen Zahlen. Der Funktionsterm einer ganzrationalen Funktion wird auch als Polynom bezeichnet.
Ein wichtiger Satz: Bei einer ganzrationalen Funktion vom Grad n wird das Verhalten im Unendlichen (also für x → ∞ und x → -∞) nur vom höchsten Term a₁₁x^n bestimmt. Die anderen Terme spielen bei sehr großen x-Werten praktisch keine Rolle mehr.
Beim Verhalten im Unendlichen unterscheiden wir vier Fälle, die vom Grad n (gerade oder ungerade) und vom Vorzeichen des höchsten Koeffizienten a₁₁ abhängen:
- Fall 1: n gerade, a₁₁ > 0: Für x → ∞ und x → -∞ gilt: f(x) → ∞
- Fall 2: n gerade, a₁₁ < 0: Für x → ∞ und x → -∞ gilt: f(x) → -∞
- Fall 3: n ungerade, a₁₁ > 0: Für x → ∞ gilt: f(x) → ∞; für x → -∞ gilt: f(x) → -∞
- Fall 4: n ungerade, a₁₁ < 0: Für x → ∞ gilt: f(x) → -∞; für x → -∞ gilt: f(x) → ∞
Merke: Bei ganzrationalen Funktionen vom Grad 2 (quadratische Funktionen) öffnet sich die Parabel nach oben, wenn a₁₁ > 0 ist, und nach unten, wenn a₁₁ < 0 ist. Bei Funktionen vom Grad 3 ist das Verhalten unterschiedlich für positive und negative x-Werte.
Bei einem Beispiel wie f(x) = -4x⁴ + 3x² + 2x + 1 können wir das Verhalten im Unendlichen leicht bestimmen: Der Grad ist n = 4 (gerade) und der Koeffizient a₁₁ = -4 (negativ). Also gilt Fall 2: Für x → ∞ und x → -∞ strebt f(x) gegen -∞.