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Gebrochen Rationale Funktionen Zusammenfassung und Beispiele mit Lösungen für die 8. & 11. Klasse

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Gebrochen Rationale Funktionen Zusammenfassung und Beispiele mit Lösungen für die 8. & 11. Klasse
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Gebrochen rationale Funktionen sind ein wichtiges Thema in der Mathematik. Sie haben die Form f(x) = P(x) / Q(x), wobei P(x) und Q(x) Polynome sind. Diese Funktionen weisen besondere Eigenschaften auf, wie Definitionslücken, Asymptoten und Nullstellen, die für ihr Verständnis entscheidend sind. Die Analyse dieser Funktionen umfasst das Faktorisieren komplexer Terme, die Untersuchung des Verhaltens im Unendlichen und die Bestimmung von Symmetrien.

5.1.2021

894

2 Mathe Zusammenfassung Q11/1
Lokales und globales Differenzieren
Differenzquotient/ mittlere Änderungsrate
Durchschnittliche Steigung zwisc

Fortsetzung: Lokales und globales Differenzieren

Diese Seite setzt die Diskussion über das Differenzieren fort und konzentriert sich auf praktische Anwendungen und weiterführende Konzepte.

Definition: Differenzierbarkeit: Eine Funktion ist differenzierbar, wenn der Grenzwert der Ableitung von rechts und links identisch ist: lim (x→x₀⁺) f'(x) = lim (x→x₀⁻) f'(x)

Die Ableitung an einer bestimmten Stelle x₀ kann als Punktsteigung interpretiert werden:

f'(x₀) = lim (h→0) (f(x₀ + h) - f(x₀)) / h

Example: Berechnung der Gleichung der Tangente im Punkt (3/-3): y = mx + t y = -3; m = Ableitung an der Stelle 3 (= 2) t = -9 Ergebnis: y = 2x - 9

Ein wichtiges Konzept ist die Normale (Senkrechte) zur Tangente:

Vocabulary: Normale: Die Gerade, die senkrecht zur Tangente steht.

Die Steigung der Normalen (m_N) steht in folgendem Verhältnis zur Steigung der Tangente (m_T): m_N = -1 / m_T

Highlight: Die Bestimmung des Schnittwinkels zwischen Tangente und Normale erfolgt über die Tangensfunktion: tan(α) = |m_T - m_N| / (1 + m_T * m_N)

Diese Konzepte sind fundamental für das Verständnis von gebrochen rationalen Funktionen und deren Verhalten. Sie bilden die Grundlage für weiterführende Analysen und Anwendungen in der höheren Mathematik.

Tip: Üben Sie diese Konzepte anhand von Gebrochen rationale Funktionen Beispiele mit Lösungen, um Ihr Verständnis zu vertiefen.

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Verhalten im Unendlichen und Asymptoten

Bei der Untersuchung gebrochen rationaler Funktionen ist das Verhalten im Unendlichen von großer Bedeutung. Es werden verschiedene Fälle unterschieden, abhängig vom Grad des Zählers (z) im Vergleich zum Grad des Nenners (n).

  1. Fall: z < n (Zählergrad kleiner als Nennergrad)
    • Kürzen mit der höchsten vorkommenden Potenz
    • lim f(x) -> 0 für x -> ∞
    • Die x-Achse ist die waagerechte Asymptote

Example: f(x) = 3x / (2x² + 1) -> Kürzen ergibt 3 / (2x + 1/x), lim f(x) -> 0

  1. Fall: z = n (Zählergrad gleich Nennergrad)
    • Kürzen mit der höchsten Potenz
    • Die waagerechte Asymptote ist nicht die x-Achse

Example: f(x) = 2x² / (4x² - x + 1) -> lim f(x) -> 1/2

  1. Fall: z = n + 1 (Zählergrad um 1 größer als Nennergrad)
    • Polynomdivision durchführen
    • Ergebnis ist die Gleichung einer schrägen Asymptote

Example: f(x) = (2x² + 1) / (2x - 1) -> Nach Polynomdivision: x + 0,5 + 1,5 / (2x - 1)

  1. Fall: z > n + 1 (Zählergrad mehr als 1 größer als Nennergrad)
    • Keine waagerechte oder schräge Asymptote
    • Höchste Potenzen sind maßgebend

Highlight: Die Analyse des Verhaltens im Unendlichen hilft, den Verlauf der Funktion für sehr große x-Werte zu verstehen.

Zusätzlich wird die Symmetrie der Funktion untersucht:

  • Achsensymmetrie zur y-Achse: f(-x) = f(x)
  • Punktsymmetrie zum Ursprung: f(-x) = -f(x)

Tip: Zur Überprüfung der Symmetrie können verschiedene große Zahlen eingesetzt werden.

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Lokales und globales Differenzieren
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Lokales und globales Differenzieren

Diese Seite behandelt die Konzepte des Differenzierens, insbesondere den Unterschied zwischen dem Differenzquotienten (mittlere Änderungsrate) und dem Differentialquotienten (momentane Änderungsrate).

Definition: Der Differenzquotient ist die durchschnittliche Steigung zwischen zwei Punkten auf einem Intervall [a;b] und wird berechnet als: m = (f(b) - f(a)) / (b - a)

Der Differenzquotient entspricht anschaulich der Steigung der Sekante durch die Punkte P(a/f(a)) und Q(b/f(b)).

Vocabulary: Differentialquotient: Die Steigung an einem bestimmten Punkt, berechnet als Grenzwert des Differenzquotienten.

Der Übergang vom Differenzquotienten zum Differentialquotienten erfolgt, indem man die beiden Punkte so nah zusammenlaufen lässt, bis sie praktisch zu einem Punkt werden. Dies führt zur Definition der Tangente.

Definition: Die Tangente ist die Gerade durch den Punkt P₀(x₀/f(x₀)) mit der Steigung m₀, die den Graphen in P₀ berührt.

Die Berechnung des Differentialquotienten erfolgt durch den Grenzwert:

lim (x→x₀) (f(x) - f(x₀)) / (x - x₀)

Highlight: Der Differentialquotient gibt an, wie steil die Funktion an einer bestimmten Stelle genau ist.

Zur Bestimmung der Ableitung gibt es zwei Methoden:

  1. Grenzwertberechnung
  2. h-Methode: f'(x₀) = lim (h→0) (f(x₀ + h) - f(x₀)) / h

Example: Gleichung der Tangente im Punkt (3/-3): y = mx + t, wobei m die Ableitung an der Stelle 3 ist.

Die Differenzierbarkeit einer Funktion erfordert, dass der Grenzwert von rechts und links an die Funktion herangehend identisch ist.

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Gebrochen rationale Funktionen: Grundlagen und Eigenschaften

Gebrochen rationale Funktionen sind mathematische Funktionen der Form f(x) = P(x) / Q(x), wobei P(x) und Q(x) Polynome sind. Diese Seite behandelt die grundlegenden Eigenschaften und Analysetechniken für solche Funktionen.

Definition: Eine gebrochen rationale Funktion ist der Quotient zweier Polynome: f(x) = P(x) / Q(x).

Wichtige Aspekte bei der Analyse gebrochen rationaler Funktionen sind:

  1. Definitionslücken: Sie treten auf, wenn der Nenner null wird.
  2. Senkrechte Asymptoten: Diese entsprechen den Definitionslücken.
  3. Nullstellen: Sie ergeben sich, wenn der Zähler null wird.
  4. Löcher im Graphen: Diese entstehen, wenn Zähler und Nenner gleichzeitig null werden.

Highlight: Bei komplexen Termen ist das Faktorisieren (Zerlegen) oft hilfreich, um die Funktion besser zu verstehen.

Ein Beispiel für die Analyse einer gebrochen rationalen Funktion:

f(x) = (x³ - 6x² + 8x) / (3x² - 9x - 12)

Durch Faktorisieren erhalten wir:

f(x) = x(x - 4)(x - 2) / 3(x + 1)(x - 4)

Example: Nach dem Kürzen ergibt sich: f(x) = x(x - 2) / 3(x + 1), wobei sich ein "Loch" bei x = 4 zeigt.

Die Analyse des Verhaltens im Unendlichen ist ebenfalls wichtig und hängt vom Grad des Zählers im Vergleich zum Nenner ab.

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Definition: Differenzierbarkeit: Eine Funktion ist differenzierbar, wenn der Grenzwert der Ableitung von rechts und links identisch ist: lim (x→x₀⁺) f'(x) = lim (x→x₀⁻) f'(x)

Die Ableitung an einer bestimmten Stelle x₀ kann als Punktsteigung interpretiert werden:

f'(x₀) = lim (h→0) (f(x₀ + h) - f(x₀)) / h

Example: Berechnung der Gleichung der Tangente im Punkt (3/-3): y = mx + t y = -3; m = Ableitung an der Stelle 3 (= 2) t = -9 Ergebnis: y = 2x - 9

Ein wichtiges Konzept ist die Normale (Senkrechte) zur Tangente:

Vocabulary: Normale: Die Gerade, die senkrecht zur Tangente steht.

Die Steigung der Normalen (m_N) steht in folgendem Verhältnis zur Steigung der Tangente (m_T): m_N = -1 / m_T

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Example: f(x) = 3x / (2x² + 1) -> Kürzen ergibt 3 / (2x + 1/x), lim f(x) -> 0

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Example: f(x) = 2x² / (4x² - x + 1) -> lim f(x) -> 1/2

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  • Achsensymmetrie zur y-Achse: f(-x) = f(x)
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Definition: Der Differenzquotient ist die durchschnittliche Steigung zwischen zwei Punkten auf einem Intervall [a;b] und wird berechnet als: m = (f(b) - f(a)) / (b - a)

Der Differenzquotient entspricht anschaulich der Steigung der Sekante durch die Punkte P(a/f(a)) und Q(b/f(b)).

Vocabulary: Differentialquotient: Die Steigung an einem bestimmten Punkt, berechnet als Grenzwert des Differenzquotienten.

Der Übergang vom Differenzquotienten zum Differentialquotienten erfolgt, indem man die beiden Punkte so nah zusammenlaufen lässt, bis sie praktisch zu einem Punkt werden. Dies führt zur Definition der Tangente.

Definition: Die Tangente ist die Gerade durch den Punkt P₀(x₀/f(x₀)) mit der Steigung m₀, die den Graphen in P₀ berührt.

Die Berechnung des Differentialquotienten erfolgt durch den Grenzwert:

lim (x→x₀) (f(x) - f(x₀)) / (x - x₀)

Highlight: Der Differentialquotient gibt an, wie steil die Funktion an einer bestimmten Stelle genau ist.

Zur Bestimmung der Ableitung gibt es zwei Methoden:

  1. Grenzwertberechnung
  2. h-Methode: f'(x₀) = lim (h→0) (f(x₀ + h) - f(x₀)) / h

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Definition: Eine gebrochen rationale Funktion ist der Quotient zweier Polynome: f(x) = P(x) / Q(x).

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  1. Definitionslücken: Sie treten auf, wenn der Nenner null wird.
  2. Senkrechte Asymptoten: Diese entsprechen den Definitionslücken.
  3. Nullstellen: Sie ergeben sich, wenn der Zähler null wird.
  4. Löcher im Graphen: Diese entstehen, wenn Zähler und Nenner gleichzeitig null werden.

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Ein Beispiel für die Analyse einer gebrochen rationalen Funktion:

f(x) = (x³ - 6x² + 8x) / (3x² - 9x - 12)

Durch Faktorisieren erhalten wir:

f(x) = x(x - 4)(x - 2) / 3(x + 1)(x - 4)

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