Mathe Grundwissen und Analysis I für das Abitur Hessen 2023

Der Funktionsbegriff

Stell dir vor, du hast eine Maschine, die aus jeder Eingabe genau eine Ausgabe macht - das ist eine Funktion. Eine Funktion f ordnet jedem x-Wert aus der Definitionsmenge D genau einen Funktionswert f$x$ aus der Zielmenge Z zu.

Die Wertemenge enthält alle tatsächlichen Ausgabewerte und ist immer Teil der Zielmenge. Bei reellen Funktionen arbeiten wir mit normalen Zahlen aus ℝ - das sind die Funktionen, die du meistens siehst.

Eine Funktionsgleichung wie f$x$ = 0,5x gibt dir die Rechenvorschrift. Du kannst Funktionen auch in Wertetabellen darstellen - einfach x-Werte einsetzen und die zugehörigen y-Werte berechnen.

Merktipp: Eine Funktion ist wie ein Automat - für jeden Input gibt es genau einen Output!

Symmetrie und Verschiebungen

Funktionen zu verschieben ist wie Möbel umstellen - du änderst nur die Position, nicht die Form. Vertikale Verschiebungen mit f$x$ + c bewegen den Graphen nach oben (c > 0) oder unten (c < 0).

Horizontale Verschiebungen sind trickreich: f$x - c$ schiebt nach rechts, f$x + c$ nach links - also genau umgekehrt, wie du denkst! Das verwirrt anfangs jeden.

Streckungen und Spiegelungen

Mit vertikalen Streckungen y = a·f$x$ machst du Graphen höher oder flacher. Bei |a| > 1 wird gestreckt, bei 0 < |a| < 1 gestaucht - multipliziere einfach alle y-Werte mit a.

Horizontale Streckungen y = f(a·x) funktionieren umgekehrt: a > 1 staucht horizontal, 0 < a < 1 streckt. Der Schnittpunkt mit der y-Achse bleibt dabei immer gleich.

Spiegelungen sind super einfach: y = -f$x$ spiegelt an der x-Achse, y = f$-x$ an der y-Achse. Das Minuszeichen zeigt dir immer die Spiegelachse!

Praxistipp: Zeichne dir kleine Beispiele - dann siehst du sofort, was passiert!

Sinuskurve

Die Sinuskurve folgt dem Muster a·sin$2π/P·(x-c)$+d und beschreibt wellenförmige Bewegungen wie Schaukeln oder Musikwellen. Hier stecken alle wichtigen Parameter drin.

Die Amplitude a bestimmt, wie hoch die Welle schwingt. Die Periode P gibt an, nach welcher Strecke sich die Welle wiederholt. Der Wert d verschiebt die ganze Kurve nach oben oder unten.

Die Mittellinie liegt bei (y_max + y_min)/2 - das ist der Durchschnitt aus höchstem und tiefstem Punkt der Schwingung.

Alltagsbezug: Sinuskurven beschreiben Herzschlag, Gezeiten und sogar deine Stimmung über den Tag!

Ableitungsregeln

Ableitungen zeigen dir, wie steil eine Funktion an jeder Stelle ist - super wichtig für Extremwerte und Kurvendiskussionen! Die Summenregel $f(x) + g(x)$' = f'$x$ + g'$x$ ist dabei dein bester Freund.

Die Potenzregel $x^n$' = n·x^$n-1$ funktioniert immer: Exponent nach vorn, dann um 1 verringern. Die Faktorregel [a·f$x$]' = a·f'$x$ zieht konstante Zahlen einfach vor.

Für kompliziertere Funktionen brauchst du die Kettenregel [f(g$x$)]' = f'(g$x$)·g'$x$ - erst äußere, dann innere Ableitung multiplizieren. Die Produktregel f'$x$ = u'$x$·v$x$ + u$x$·v'$x$ hilft bei Produkten.

Übungstipp: Fang mit einfachen Potenzfunktionen an - dann werden die Regeln schnell automatisch!

Funktionsuntersuchung

Das Monotonieverhalten erkennst du an der ersten Ableitung: f'$x$ > 0 bedeutet streng steigend, f'$x$ < 0 streng fallend. So findest du heraus, wo deine Funktion bergauf oder bergab geht.

Extrempunkte liegen dort, wo f'$x$ = 0 ist. Mit der zweiten Ableitung checkst du: f''$x$ < 0 = Maximum, f''$x$ > 0 = Minimum. Das Krümmungskriterium zeigt dir außerdem, ob der Graph links- oder rechtsgekrümmt ist.

Wendepunkte findest du bei f''$x$ = 0 - dort ändert sich die Krümmungsrichtung. Symmetrie erkennst du so: f$-x$ = f$x$ bedeutet Achsensymmetrie, f$-x$ = -f$x$ bedeutet Punktsymmetrie zum Ursprung.

Klausurtipp: Arbeite systematisch - erst Ableitungen, dann Nullstellen, dann Extrema und Wendepunkte!