Funktionen höheren Grades (Fernverhalten ablesen?)

Liebe/-r wer-weiss-was Experte/-in,

ich schaue mir gerade Funktionen höheren Grades an (mit x³ und Xhoch4)
Ich würde gerne ein paar Kleinigkeiten wissen:

  • Wie nennt man den Graph? (also haben die Funktionen wenn man sie zeichnet einen Sondernamen so wie die Parabel oder so?)

  • was ist der Sattelpunkt?

  • kann man aus dem Funktionsterm ablesen, welches Fernverhalten die Funktion hat wenn ja wie?

angenommen ich habe folgende Funktionsterme:

f(x)= x³+2x²+2x+1
und
f(x)=-3xhoch4+3x³-x+1

(Wenn ich wissen wollen würde ob die beiden Graphen einen Schnittpunkt hätten müsste ich beide Funktionen gleichsetzten einen Punkt einsetzten und nach x auflösen, um dann x alleine zu bekommen die Wurzel ziehen und das Ergebnis in ein von den beiden Funktionen setzen und nach f(x) auflösen?)

Ich freu mich sehr auf Antwort!

LG

Hallo,

ich schaue mir gerade Funktionen höheren Grades an (mit x³ und
Xhoch4)
Ich würde gerne ein paar Kleinigkeiten wissen:

  • Wie nennt man den Graph? (also haben die Funktionen wenn man
    sie zeichnet einen Sondernamen so wie die Parabel oder so?)

meinst du vielleicht den Begriff „Polynom“? oder „ganzrationale Funktion“?

  • was ist der Sattelpunkt?

Ich weiß jetzt nicht, was für Kenntnisse du hast.
Ein Sattelpunkt ist ein Punkte, bei dem die Steigung deiner Funktion kurz null ist und kurz vor und kurz nach dem Sattelpunkt steigt (oder davor fällt und danach auch fällt). Ich weiß nicht, ob dir Hoch- Tief- und Wendepunkte ein Begriff sind!?

  • kann man aus dem Funktionsterm ablesen, welches
    Fernverhalten die Funktion hat wenn ja wie?

Was meinst du mit Fernverhalten?
Wenn du ein Polynom hast, kannst du je nach Gradzahl (Hochzahl sagen ob sie nach oben oder nach unten geht für x gegen + und - unendlich). Dafür ist der Koeffizient vor deiner höchsten Hochzahl wichtig.
Und der Grad der Hochzahl gibt dir an, wieviele Nullstellen du maximal haben kannst. also bei hoch 3 hast du maximal 3 Nullstellen, bei hoch n sind es dann maximal n Nullstellen.

angenommen ich habe folgende Funktionsterme:

f(x)= x³+2x²+2x+1
und
g(x)=-3xhoch4+3x³-x+1

(Wenn ich wissen wollen würde ob die beiden Graphen einen
Schnittpunkt hätten müsste ich beide Funktionen gleichsetzten

Ich habe eine Funktion mal in g(x) umbenannt. Was du machen musst ist f(x)=g(x) setzen, bzw du berechnest eigentlich die Nullstelle von f(x)-g(x).
Also f(x)-g(x)=0. Bei Hochzahlen ab 4 muss man anfangen einen x-Wert zu erraten und dann eine „Polynomdivision“ durchführen um dann die restlichen x-Werte zu bekommen. Alternativ gibt es numerische Verfahren, wie z.B. das Newton-Verfahren, aber das wird dir dann auch nichts sagen, oder?

einen Punkt einsetzten und nach x auflösen, um dann x alleine
zu bekommen die Wurzel ziehen und das Ergebnis in ein von den
beiden Funktionen setzen und nach f(x) auflösen?)

nein, das ist so nicht richtig, du musst nach x auflösen, weil du ja ein x suchst. Hast du ein hoch 2 so kannst du mit der Mitternachtsformel ran, bei hoch 3 gibt es noch eine kardonische Formel oder so ähnlich, hab die aber nie benutzt und weiss auch nur dass sie existiert :wink:

Hallo!

  • Wie nennt man den Graph? (also haben die Funktionen wenn man
    sie zeichnet einen Sondernamen so wie die Parabel oder so?)

Man nennt sie „Parabel 3. Grades“ bzw. „Parabel 4. Grades“.

  • was ist der Sattelpunkt?

Nicht jede Funktion hat einen Sattelpunkt. Es handelt sich ein Punkt, an dem die Steigung des Graphen 0 ist (waagrechte Tangente). Es ist aber kein Extremum (Hoch- oder Tiefpunkt), weil es sich gleichzeitig um einen Wendepunkt handelt (eine Linkskurve geht in einer Rechtskurve über).

Bsp.: y=x³ hat bei x=0 einen Sattelpunkt.

  • kann man aus dem Funktionsterm ablesen, welches
    Fernverhalten die Funktion hat wenn ja wie?

Ja. Entschedend dafür ist der Term mit dem höchsten Grad. Bei Funktionen, die einen geraden Grad haben (2., 4., 6., …) streben beide Seiten des Graphen nach plus Unendlich oder beide nach minus unendlich. Das wird durch das Vorzeichen des entsprechenden Terms angegeben.

Bei Funktionen mit ungeraden Funktion strebt die Funktion für große positive x-Werte nach +unendlich, wenn das Glied höchsten Grades ein positves Vorzeichen hat bzw. nach -unendlich, wenn es negativ ist. Für negative x-Werte ist es immer genau umgekehrt.

angenommen ich habe folgende Funktionsterme:

f(x)= x³+2x²+2x+1
und
f(x)=-3xhoch4+3x³-x+1

(Wenn ich wissen wollen würde ob die beiden Graphen einen
Schnittpunkt hätten müsste ich beide Funktionen gleichsetzten
einen Punkt einsetzten und nach x auflösen, um dann x alleine
zu bekommen die Wurzel ziehen und das Ergebnis in ein von den
beiden Funktionen setzen und nach f(x) auflösen?)

ja.

x³+2x²+2x+1 = -3x^4 + 3x²-x+1

3x^4 - 2x³ + 2x² + 3x = 0

Falls x=0 ist sind die beiden Funktionen gleich (jeweils +1). Wir haben also schon die erste Lösung (0; 1) erraten.

Falls das nicht der Fall sein sollte, dürfen wir durch x teilen:

3x³ - 2x² + 2x + 3 = 0 (*)

Das ist eine Gleichung 3. Grades. Die sind schon ziemlich blöd zu lösen. Manchmal findet man durch Probieren eine Lösung. Hier finde ich keine einfache Lösung. Solche Dinge löst man am einfachsten numerisch, z. B. mit dem Newton-Verfahren. Dadurch erhielt ich die Lösung

x = -0,653691506

umgeformt: (x + 0,653691506) = 0

Jetzt kommt die Polynomdivision:

(3x³ - 2x² + 2x + 3):frowning:x+0,6537) = 3 x² - 3,9611x + 4,5893
 3x³ + 1,9611x²
 --------------
 - 3,9611x² + 2x
 - 3,9611x² - 2,5893x
 ----------------------
 + 4,5893 x + 3
 + 4,5893 x + 3,0000
 ---------------------
 0

Es bleibt also noch die Gleichung übrig:
3x² - 3,9611 x + 4,5893 = 0

Das ist eine gemischt quadratische Gleichung, die Du selbst mithilfe der Mitternachtsformel lösen kannst. Dann hast Du die Lösungen

x1 = 0
x2 = -0,653691506
x3 = …
x4 = …

Nach dem Fundamentalsatz der Algebra hat übrigens jedes Polynom n-ten Grades genau n Lösungen. Diese können jedoch zum Teil komplex sein und müssen auch nicht alle verschieden von einander sein.

Wie Du schon sagtest, kann man nun diese x-Werte in eine Funktionsgleichung einsetzen und die Funktionswerte ausrechnen.

Michael

Hallo,
danke für die rasche Antwort.

meinst du vielleicht den Begriff „Polynom“? oder
„ganzrationale Funktion“?

Ja genau das meine ich

  • was ist der Sattelpunkt?

Ich weiß jetzt nicht, was für Kenntnisse du hast.
Ein Sattelpunkt ist ein Punkte, bei dem die Steigung deiner
Funktion kurz null ist und kurz vor und kurz nach dem
Sattelpunkt steigt (oder davor fällt und danach auch fällt).

Habe ich verstanden, dankeschön =D

Ich weiß nicht, ob dir Hoch- Tief- und Wendepunkte ein Begriff
sind!?

Der Wendepunkt ist demnach der Sattelpunkt
Hoch und Tiefpunkt sagt mir nichts ich denke mal das werden die Punkte sein wo das Polynom am weitesten nach oben (hochpunkt) und am weitesten nach unten ausschlägt (Tiefpunkt)

Ich meine mich zu erinnern das es sowas auch bei den Parabeln gab oder?

Kann man den Hoch und Tiefpunkt berechnen oder ablesen?

  • kann man aus dem Funktionsterm ablesen, welches
    Fernverhalten die Funktion hat wenn ja wie?

Was meinst du mit Fernverhalten?
Wenn du ein Polynom hast, kannst du je nach Gradzahl (Hochzahl
sagen ob sie nach oben oder nach unten geht für x gegen + und

  • unendlich). Dafür ist der Koeffizient vor deiner höchsten
    Hochzahl wichtig.

Noch mal zur Kontrolle ist der Koeffizient vor dem X mit dem höchst vorkommenden Exponent gerade durch zwei teilbar, gehen beide Seiten des Polynoms in die selbe Richtung das Vorzeichen vor der Basis (so nennt sich glaube ich Koeffizient plus exponent) bestimmt ob diese nach + unendlich oder - unendlich strebt.

Bei -2x³ streben beide Seiten nach Minus unendlich

bei 2x³ streben beide Seiten nach Plus unendlich

Und der Grad der Hochzahl gibt dir an, wieviele Nullstellen du
maximal haben kannst. also bei hoch 3 hast du maximal 3
Nullstellen, bei hoch n sind es dann maximal n Nullstellen.

zur Kontrolle: Bei den beiden Aufgaben die ich angegeben habe unten hat die erste davon 3 Nullstellen und die zweite davon 4 Nullstellen. (oder muss ich alle Exponenten zusammenzählen?)

angenommen ich habe folgende Funktionsterme:

f(x)= x³+2x²+2x+1
und
g(x)=-3xhoch4+3x³-x+1

Hallo!

Ich weiß nicht, ob dir Hoch- Tief- und Wendepunkte ein Begriff
sind!?

Der Wendepunkt ist demnach der Sattelpunkt
Hoch und Tiefpunkt sagt mir nichts ich denke mal das werden
die Punkte sein wo das Polynom am weitesten nach oben
(hochpunkt) und am weitesten nach unten ausschlägt (Tiefpunkt)

Kann man so sagen. Aber nicht jeder Wendepunkt ist ein Sattelpunkt. Der Wendepunkt ist die Stelle, wo eine Rechts- in eine Linkskurve übergeht.

Ich meine mich zu erinnern das es sowas auch bei den Parabeln
gab oder?

Kann man den Hoch und Tiefpunkt berechnen oder ablesen?

Natürlich. Extremwert-Berechnung heißt hier das Stichwort. Da Du (wie ich vermute) jedoch noch nicht allzu viel von der Differenziation gehört hast, müsste ich jetzt zu weit ausholen, um es Dir zu erklären.

  • kann man aus dem Funktionsterm ablesen, welches
    Fernverhalten die Funktion hat wenn ja wie?

Was meinst du mit Fernverhalten?
Wenn du ein Polynom hast, kannst du je nach Gradzahl (Hochzahl
sagen ob sie nach oben oder nach unten geht für x gegen + und

  • unendlich). Dafür ist der Koeffizient vor deiner höchsten
    Hochzahl wichtig.

Noch mal zur Kontrolle ist der Koeffizient vor dem X mit dem
höchst vorkommenden Exponent gerade durch zwei teilbar, gehen
beide Seiten des Polynoms in die selbe Richtung das
Vorzeichen vor der Basis (so nennt sich glaube ich Koeffizient
plus exponent) bestimmt ob diese nach + unendlich oder -
unendlich strebt.

Nein. Entscheidend ist, ob der Exponent gerade oder ungerade ist:

Bei -2x³ streben beide Seiten nach Minus unendlich

ungerader Exponent: Die Funktion strebt nach -unendlich für x gegen +unendlich. Sie strebt gegen +unendlich für x gegen -unendlich.

bei 2x³ streben beide Seiten nach Plus unendlich

Nee, ebenfalls ungerader Exponent…

Du kannst es Dir aber auch einfach machen, und mal an einem Taschenrechner eine große Zahl einsetzten, dann wird Dir das Verhalten der Funktion sehr schnell klar.

Und der Grad der Hochzahl gibt dir an, wieviele Nullstellen du
maximal haben kannst. also bei hoch 3 hast du maximal 3
Nullstellen, bei hoch n sind es dann maximal n Nullstellen.

zur Kontrolle: Bei den beiden Aufgaben die ich angegeben habe
unten hat die erste davon 3 Nullstellen und die zweite davon 4
Nullstellen. (oder muss ich alle Exponenten zusammenzählen?)

Nein, ersteres ist richtig: 3 bzw. 4 Nullstellen. Allerdings ist das die Maximalzahl. Manchmal fallen zwei (oder mehr) Nullstellen auf dieselbe Stelle, manchmal lassen sich die Nullstellen mit den reellen Zahlen nicht darstellen:

y = x² - 1 hat die Nullstellen x1=1 und x2=-1
y = x² hat die Nullstelle x1=x2=±0
y = x² + 1 hat die Nullstellen x1 = +√-1 und x2 = -√-1

(In den reellen Zahlen darf man aus negativen Zahlen keine Wurzeln ziehen, weshalb es in den reellen Zahlen im dritten Fall keine Nullstellen gibt. In den so genannten komplexen Zahlen ist das aber möglich).

Michael