Aufgaben mit Funktionenscharen, Ortskurven von Hoch-, Tief- oder Wendepunkten berechnen
Beginn der Aufgabenstellung | Lösungsweg |
„Für welchen Wert bzw. für welche Werte von a …?“
Oder: „ Bestimme den Parameter a, so dass …!“ |
Nur den Parameter a berechnen |
„Welche Funktion bzw. welche Funktionen der Schar …?“ | Vorab den zugehörigen Parameter a berechnen;danach den bzw. die berechneten Werte von a noch (jeweils) in die gegebene Gleichung der Schar für a einsetzen |
2. Bsp.:
Gegeben ist die Funktionenschar mit k ℝ. Für welche Werte von k schneidet die Tangente an den Graph die x-Achse an der Stelle x = -1 unter einem Winkel von 30°? (2 mögliche Lösungen!)
Lösung:
In der Aufgabe ist nach zwei verschiedenen Lösungen gefragt. Denke daran:Die x-Achse kann an der Stelle x = -1 durch den Graph der Schar entweder unter einem Winkel von +30° oder -30° geschnitten werden.
Zuerst ermitteln wir jeweils die Steigung der Tangente, die zu einem Neigungswinkel von +30° bzw. -30° gehört. Dazu verwenden wir die Formel:
1. Lösung | 2. Lösung |
Laut Angabe soll der Graph der Schar die x-Achse an der Stelle x = -1 unter dem Winkel von 30° schneiden. Das bedeutet, dass die Steigung / erste Ableitung von an der Stelle x = -1 entweder gleich oder gleich sein muss.
1. Lösung | 2. Lösung |
Wir bilden daher die erste Ableitung:
Nun setzen wir in für x die Zahl -1 ein und setzen das Ergebnis gleich bzw. . Dadurch ergibt sich:
1. Lösung | 2. Lösung |
Damit ist die Aufgabe gelöst. Die berechneten Werte von k müssen nicht mehr in die Gleichung der Schar eingesetzt werden, denn es war schließlich nur nach den entsprechenden Werten von k gefragt, bei denen die Tangente an den Graph die x-Achse bei x = -1 unter einem Winkel von 30° schneidet, und nicht nach den Gleichungen der zugehörigen Funktionen der Schar.
3. Bsp.:
Wir betrachten die Funktionenschar mit a ℝ und x ℝ. Ihre Graphen werden mit bezeichnet.
a.) Beschreibe die Graphen der Funktionenschar mit Worten.
b.) Zeichne die Graphen für und in ein gemeinsames Koordinatensystem!
c.) Berechne die Nullstellen der Schar in Abhängigkeit von a! Für welchen Wert von a liegt eine der Nullstellen bei x = -1?
d.) Berechne die Koordinaten des Kurvenpunktes von in Abhängigkeit von a, in dem die Tangente an waagrecht verläuft! Für welchen Wert von a existiert kein Kurvenpunkt mit waagrechter Tangente?
Lösung:
Zu 3a.