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im neuen Projektwiki (projekte.zum.de).Grenzwerte im Unendlichen: Unterschied zwischen den Versionen
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− | <center><table border="0" width=" | + | <center><table border="0" width="850px" cellpadding=5 cellspacing=15> |
<tr><td width="800px" valign="top"> | <tr><td width="800px" valign="top"> | ||
− | < | + | Bearbeite parallel zum Lernpfad das [http://wikis.zum.de/projektwiki/Datei:AB_Grenzwerte.pdf Arbeitsblatt] zum Thema "Grenzwerte im Unendlichen".<br /> |
+ | <br /> | ||
+ | Will man anhand des Funktionsterms Aussagen über den Verlauf des Graphens machen, muss man auch wissen, wie sich die Funktion für immer größer und immer kleiner werdende x- Werte verhält.<br /> | ||
''Anschaulich gesprochen:'' Man betrachtet den Funktionsgraphen am rechten und linken Bildrand. | ''Anschaulich gesprochen:'' Man betrachtet den Funktionsgraphen am rechten und linken Bildrand. | ||
− | Bei [http://wikis.zum.de/projektwiki/Manipulationen_an_Funktionen/Grenzwerte_im_Unendlichen/Wiederholung:Ganzrationale_Funktionen ganzrationalen Funktionen] hast du | + | Bei [http://wikis.zum.de/projektwiki/Manipulationen_an_Funktionen/Grenzwerte_im_Unendlichen/Wiederholung:Ganzrationale_Funktionen ganzrationalen Funktionen] hast du in der 10. Klasse vier Fälle über den charakteristischen Verlauf einer Funktion kennen gelernt.<br /> |
+ | |||
+ | </td></tr></table></center> | ||
+ | </div> | ||
+ | |||
+ | <div style="padding:1px;background:#66CD00;border:0px groove;"> | ||
+ | |||
+ | |||
+ | <center><table border="0" width="950px" cellpadding=5 cellspacing=15> | ||
+ | <tr><td width="800px" valign="top"> | ||
+ | <big>Auch mit dem Verhalten von gebrochen rationalen Funktionen für immer größer werdende x- Werte hast du dich schon auseinandergesetzt.<br /> | ||
+ | Dieses Wissen wird jetzt noch weiter vertieft.<br /> | ||
− | |||
− | |||
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#Fülle die '''Wertetabelle''' vollständig aus, indem du die Funktionswerte in das jeweilige Feld eingibst. Wenn sich das Feld grün färbt, war deine Eingabe richtig.<br /> | #Fülle die '''Wertetabelle''' vollständig aus, indem du die Funktionswerte in das jeweilige Feld eingibst. Wenn sich das Feld grün färbt, war deine Eingabe richtig.<br /> | ||
#Übertrage die berechneten Punkte in das '''GeoGebra-Applet''' und skizziere den Verlauf des Funktionsgraphen von f über den Button "Freihandskizze erkennen".<br /> | #Übertrage die berechneten Punkte in das '''GeoGebra-Applet''' und skizziere den Verlauf des Funktionsgraphen von f über den Button "Freihandskizze erkennen".<br /> | ||
− | #Wie verhält sich | + | #Wie verhält sich der Graph von f für immer größer, bzw. immer kleiner werdende x- Werte?<br /> |
</big> | </big> | ||
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*Über die beiden Kontrollkästchen lässt sich der '''<span style="color: #3A5FCD ">Graph der Funktion f</span>''' und die '''<span style="color: #EE7600 ">Gerade</span>''', an die sich '''<span style="color: #3A5FCD ">f</span>''' annähert, anzeigen. | *Über die beiden Kontrollkästchen lässt sich der '''<span style="color: #3A5FCD ">Graph der Funktion f</span>''' und die '''<span style="color: #EE7600 ">Gerade</span>''', an die sich '''<span style="color: #3A5FCD ">f</span>''' annähert, anzeigen. | ||
*Mit dem letzten Symbol "Verschiebe Zeichenblatt" in der Werkzeugleiste kannst du dir die beiden Graphen auch über den eigentlichen Bildrand hinweg anschauen. | *Mit dem letzten Symbol "Verschiebe Zeichenblatt" in der Werkzeugleiste kannst du dir die beiden Graphen auch über den eigentlichen Bildrand hinweg anschauen. | ||
− | *Unter dem gleichen Symbol lässt sich auch das Werkzeug "Vergrößere" auswählen.<br />Sieh dir genau an, ob sich die beiden Graphen berühren!</big> | + | *Unter dem gleichen Symbol lässt sich auch das Werkzeug "Vergrößere" auswählen.<br />Sieh dir genau an, ob sich die beiden Graphen berühren! |
+ | *Übertrage den '''<span style="color: #3A5FCD ">Graphen der Funktion f</span>''', sowie die '''<span style="color: #EE7600 ">Gerade</span>''' in das Koordinatensystem auf deinem '''Arbeitsblatt'''. | ||
+ | </big> | ||
|} | |} | ||
<popup name="Antwort"> | <popup name="Antwort"> | ||
− | Der Graph der Funktion '''<span style="color: | + | Der Graph der Funktion '''<span style="color:blue ">f: x -> '''<math>\frac{4x-3}{x}</math></span> scheint sich für immer größer werdende x- Werte der Gerade '''<span style="color: #EE7600 ">y = 4</span>''' anzunähern.<br /> |
Für immer kleiner werdende x- Werte nähern sich die Funktionswerte scheinbar ebenfalls dem Wert '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' an.<br /> | Für immer kleiner werdende x- Werte nähern sich die Funktionswerte scheinbar ebenfalls dem Wert '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' an.<br /> | ||
Durch das GeoGebra-Werkzeug "Vergrößere" hat es aber den Anschein, als würden sich die beiden Graphen nie berühren.<br /> | Durch das GeoGebra-Werkzeug "Vergrößere" hat es aber den Anschein, als würden sich die beiden Graphen nie berühren.<br /> | ||
Zeile 43: | Zeile 56: | ||
<big> | <big> | ||
− | Diese Vermutung lässt sich mathematisch untersuchen | + | Diese Vermutung lässt sich mathematisch untersuchen, wobei es hier hilfreich ist, f als Differenz zu schreiben.<br /> |
+ | Halte die wichtigsten Ergebnisse dabei auf deinem Arbeitsblatt fest.<br /> | ||
<br /> | <br /> | ||
− | '''<span style="color: #3A5FCD ">f (x) | + | |
+ | '''<span style="color: #3A5FCD ">f (x)''' = <math>\frac{4x-3}{x}</math> = <math>\frac{4x}{x}</math> - <math>\frac{3}{x}</math></span> = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' - <math>\frac{3}{x}</math><br /> | ||
<br /> | <br /> | ||
Für immer größer werdende x- Werte wird der Bruch <math>\frac{3}{x}</math> immer kleiner, nähert sich also der Null an, während die Zahl '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' unverändert bleibt.<br /> | Für immer größer werdende x- Werte wird der Bruch <math>\frac{3}{x}</math> immer kleiner, nähert sich also der Null an, während die Zahl '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' unverändert bleibt.<br /> | ||
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Die Betrachtung einer Funktion f unter immer '''<span style="color: red">größer</span>''' werdenden x- Werten schreibt man mathematisch:<br /> | Die Betrachtung einer Funktion f unter immer '''<span style="color: red">größer</span>''' werdenden x- Werten schreibt man mathematisch:<br /> | ||
<center><math>\lim_{x \to \infty}f (x)</math></center><br /> | <center><math>\lim_{x \to \infty}f (x)</math></center><br /> | ||
− | sprich'''''"Limes von f (x) für x gegen '''<span style="color: red">+</span>''' <math>\infty</math>"''''' | + | sprich'''''"Limes von f (x) für x gegen '''<span style="color: red">+</span>''' <math> \infty</math>"''''' |
<br /> | <br /> | ||
− | Durch den '''''Limes von f für x gegen '''<span style="color: red">-</span>''' <math>\infty</math>'''''<br /> <center><math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x)</math></center><br /> wird untersucht, wie sich f (x) für immer '''<span style="color: red">kleiner</span>''' werdende x- Werte verhält. | + | Durch den '''''Limes von f (x) für x gegen '''<span style="color: red">-</span>''' <math> \infty</math>'''''<br /> <center><math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x)</math></center><br /> wird untersucht, wie sich f (x) für immer '''<span style="color: red">kleiner</span>''' werdende x- Werte verhält. |
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<math>\lim_{x \to \infty}f (x)</math> = <math>\lim_{x \to \infty}\frac{4x-3}{x}</math> = <math>\lim_{x \to \infty}4 - \lim_{x \to \infty}\frac{3}{x}</math> = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' - 0 = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>'''<br /> | <math>\lim_{x \to \infty}f (x)</math> = <math>\lim_{x \to \infty}\frac{4x-3}{x}</math> = <math>\lim_{x \to \infty}4 - \lim_{x \to \infty}\frac{3}{x}</math> = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' - 0 = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>'''<br /> | ||
<br /> | <br /> | ||
− | Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn man den Limes von f für x gegen - <math>\infty</math> untersucht, da das Vorzeichen hier keine Rolle spielt | + | Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn man den Limes von f für x gegen - <math>\infty</math> untersucht, da das Vorzeichen hier keine Rolle spielt:<br /> |
+ | <br /> | ||
+ | <math>\lim_{x \to \ -\infty}f (x)</math> = <math>\lim_{x \to \ -\infty}\frac{4x-3}{x}</math> = <math>\lim_{x \to \ -\infty}4 - \lim_{x \to \ -\infty}\frac{3}{x}</math> = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' + 0 = '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>'''<br /> | ||
+ | <br /> | ||
Damit heißt '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' der '''<span style="color: #EE7600 ">Grenzwert</span>''' der Funktion '''<span style="color: #3A5FCD ">f</span>''' für x gegen + <math>\infty</math> und gegen - <math>\infty</math>.<br /> | Damit heißt '''<span style="color: #EE7600 ">4</span>''' der '''<span style="color: #EE7600 ">Grenzwert</span>''' der Funktion '''<span style="color: #3A5FCD ">f</span>''' für x gegen + <math>\infty</math> und gegen - <math>\infty</math>.<br /> | ||
</big> | </big> | ||
Zeile 72: | Zeile 90: | ||
− | <center><table border="0" width=" | + | <center><table border="0" width="850px" cellpadding=5 cellspacing=15> |
<tr><td width="800px" valign="top"> | <tr><td width="800px" valign="top"> | ||
=== <big>Allgemein === | === <big>Allgemein === | ||
− | Im Applet siehst du die gebrochen rationale Funktion '''<span style="color: blue"><math>f(x)=\frac{ax+b}{x}</math></span>'''.<br /> | + | Im Applet siehst du die gebrochen rationale Funktion '''<span style="color: blue"><math> f(x)=\frac{ax+b}{x}</math></span>'''.<br /> |
Über die Schieberegler '''a''' und '''b''' lässt sich der Graph der Funktion verändern.<br /> | Über die Schieberegler '''a''' und '''b''' lässt sich der Graph der Funktion verändern.<br /> | ||
Welchen Zusammenhang kannst du zwischen '''a''', '''b''' und der '''<span style="color: orange">waagrechten Asymptote</span>''' von <span style="color: blue">'''f'''</span> feststellen?<br /> | Welchen Zusammenhang kannst du zwischen '''a''', '''b''' und der '''<span style="color: orange">waagrechten Asymptote</span>''' von <span style="color: blue">'''f'''</span> feststellen?<br /> | ||
− | Betrachte auch hier das Verhalten | + | Betrachte auch hier das Verhalten des Funktionsgraphen für x gegen <math> + \infty</math> oder <math> - \infty</math>, indem du die GeoGebra-Werkzeugleiste benutzt.<br /> |
+ | Wie lautet der '''<span style="color: orange">Grenzwert</span>''' von '''<span style="color: blue">f</span>''' ?</big> | ||
<ggb_applet width="773" height="571" version="4.2" 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<br /> | <br /> | ||
<popup name="Antwort"> | <popup name="Antwort"> | ||
− | Die Funktion '''<span style="color: blue"><math>f(x)=\frac{ax+b}{x}</math></span>''' nähert sich für immer größer und immer kleiner werdende x- Werte immer mehr der '''<span style="color: orange">Gerade y = a</span>''' an.<br /> | + | Die Funktion '''<span style="color: blue"><math> f(x)=\frac{ax+b}{x}</math></span>''' nähert sich für immer größer und immer kleiner werdende x- Werte immer mehr der '''<span style="color: orange">Gerade y = a</span>''' an.<br /> |
− | <big>⇒</big> <math>\lim_{x\rightarrow\infty} f(x) = \lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x) = | + | <big>⇒</big> <math>\lim_{x\rightarrow\infty} f(x) = </math>'''<span style="color: orange"><big> a </big></span>''' und <math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x) = </math>'''<span style="color: orange"><big> a </big></span>''' |
</popup> | </popup> | ||
<br /> | <br /> | ||
Zeile 98: | Zeile 117: | ||
<br /> | <br /> | ||
<popup name="Antwort"> | <popup name="Antwort"> | ||
− | + | Für '''b > 0''' nähert sich die Funktion '''<span style="color: blue">f(x) = a ∙ e<sup>b ∙ x</sup> + c</span>''' für immer '''kleiner''' werdende x- Werte immer weiter der '''<span style="color: orange">Gerade y = c</span>''' an. Geht man in positive x- Richtung, steigt die Funktion immer stärker, so dass man sie durch keine Zahl begrenzen kann.<br /> | |
− | <big>⇒</big> <math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x) = c</math> | + | <big>⇒</big> <math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x) = </math>'''<span style="color: orange"><big> c </big></span>''' und <math>\lim_{x\rightarrow\ +\infty} f(x) = \infty</math> |
<br /> | <br /> | ||
<br /> | <br /> | ||
− | Für '''b < 0''' nähert sich '''<span style="color: blue">f</span>''' für immer '''größer''' werdende x- Werte immer mehr der '''<span style="color: orange">Gerade y = c</span>''' an.<br /> | + | Für '''b < 0''' nähert sich '''<span style="color: blue">f</span>''' für immer '''größer''' werdende x- Werte immer mehr der '''<span style="color: orange">Gerade y = c</span>''' an. Je weiter man den Graphen in negativer x- Richtung betrachtet, umso größer werden die Funktionswerte.<br /> |
− | <big>⇒</big> <math>\lim_{x\rightarrow\ +\infty} f(x) = | + | <big>⇒</big> <math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x) = \infty</math> und <math>\lim_{x\rightarrow\ +\infty} f(x) = </math>'''<span style="color: orange"><big> c </big></span>''' |
</popup> | </popup> | ||
<br /> | <br /> | ||
+ | <big>Fülle den Lückentext aus und übertrage die kontrollierten Antworten auf dein Arbeitsblatt.</big><br /> | ||
+ | |||
<div class="lueckentext-quiz"> | <div class="lueckentext-quiz"> | ||
− | Allgemein gilt:<br /> | + | <u><big>Allgemein gilt:</big></u><br /> |
Nähert sich der Graph einer Funktion f für '''immer größer werdende''' x-Werte einer '''Zahl''' <span style="color: orange">G</span> immer weiter an, so nennt man <span style="color: orange">G</span> den '''Grenzwert von f''' für x gegen + <math>\infty</math>:<br /> | Nähert sich der Graph einer Funktion f für '''immer größer werdende''' x-Werte einer '''Zahl''' <span style="color: orange">G</span> immer weiter an, so nennt man <span style="color: orange">G</span> den '''Grenzwert von f''' für x gegen + <math>\infty</math>:<br /> | ||
− | In mathematischer Schreibweise: <math>\lim_{x \to \infty}f (x)</math> = <span style="color: orange">G</span><br /> | + | In mathematischer Schreibweise: <math>\lim_{x \to \infty}f (x)</math> = <span style="color: orange"><big>G</big></span><br /> |
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+ | Auf gleiche Weise definiert man den Grenzwert einer Funktion f für '''immer kleiner werdende''' x- Werte, also für x gegen - <math>\infty</math>, mit <math>\lim_{x\rightarrow\ -\infty} f(x)</math> = <span style="color: orange"><big> G </big></span> | ||
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− | + | Die Gerade '''<span style="color: orange">y = G</span>''' ist dann eine '''<span style="color: orange">waagrechte Asymptote</span>''' für den Graphen von f. | |
+ | Nähert sich eine Funktion f für immer größere x- Werte '''keiner festen Grenze''' an, sondern fällt bspw. gegen '''<math>-\infty</math>''', so heißt f <u>divergent</u> und man schreibt:<br /> | ||
+ | <math>\lim_{x\rightarrow\ +\infty} f(x) = -\infty</math>. | ||
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Aktuelle Version vom 14. Juli 2014, 09:15 Uhr
Bearbeite parallel zum Lernpfad das Arbeitsblatt zum Thema "Grenzwerte im Unendlichen". Bei ganzrationalen Funktionen hast du in der 10. Klasse vier Fälle über den charakteristischen Verlauf einer Funktion kennen gelernt. |
Auch mit dem Verhalten von gebrochen rationalen Funktionen für immer größer werdende x- Werte hast du dich schon auseinandergesetzt.
Diese Vermutung lässt sich mathematisch untersuchen, wobei es hier hilfreich ist, f als Differenz zu schreiben. f (x) = = - = 4 -
sprich"Limes von f (x) für x gegen + "
wird untersucht, wie sich f (x) für immer kleiner werdende x- Werte verhält.
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AllgemeinIm Applet siehst du die gebrochen rationale Funktion . Über die Schieberegler a und b lässt sich der Graph der Funktion verändern. Betrachte auch hier das Verhalten des Funktionsgraphen für x gegen oder , indem du die GeoGebra-Werkzeugleiste benutzt.
Allgemein gilt: Auf gleiche Weise definiert man den Grenzwert einer Funktion f für immer kleiner werdende x- Werte, also für x gegen - , mit = G
Die Gerade y = G ist dann eine waagrechte Asymptote für den Graphen von f. Nähert sich eine Funktion f für immer größere x- Werte keiner festen Grenze an, sondern fällt bspw. gegen , so heißt f divergent und man schreibt:
Stimmt der Grenzwert einer Funktion für mit dem Grenzwert für überein, lassen sich beide Grenzwerte auch zusammenfassen, wie es in der folgenden Übung gemacht wurde. |
ÜbungOrdne den Funktionsgraphen den richtigen Grenzwert zu.
Manipulationen an Funktionen |