Aufgabenbeispiele von Extrempunkte

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Versch./Streck. Extrempkt (ohne x-Streckung)

Beispiel:

Der Graph einer Funktion f besitzt einen Tiefpunkt T(3|-2). Für die Funktion g gilt : g(x) = f(x +3)

Gib einen Extrempunkt des Graphen von g an.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Da g(x) = f(x +3) gilt, geht der (rote) Graph von g durch Verschiebung um -3 in x-Richtung - also um 3 nach links - aus dem (schwarzen) Graph von f hervor.

Der Tiefpunkt T bleibt also ein Tiefpunkt T, der x-Wert wird jedoch um 3 nach links verschoben.

Somit besitzt der Graph von g einen Tiefpunkt T(0|-2).

Der abgebildete Graph ist natürlich nur einer von unendlich vielen möglichen.

Der schwarz gezeichnete Graph ist der Originalgraph von f(x)= ( x -3 ) 2 -2 , der rot gezeichneten Graph gehört zu g(x) = f(x +3) = x 2 -2 .

Verschiebung/Streckung Extrempunkte

Beispiel:

Der Graph einer Funktion f besitzt einen Tiefpunkt T(1|-2). Für die Funktion g gilt : g(x) = f(x) +3

Gib einen Extrempunkt des Graphen von g an.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Da g(x) = f(x) +3 gilt, geht der (rote) Graph von g durch Verschiebung um 3 in y-Richtung - also um 3 nach oben - aus dem (schwarzen) Graph von f hervor.

Der Tiefpunkt T bleibt also ein Tiefpunkt T, der y-Wert wird jedoch um 3 nach oben verschoben.

Somit besitzt der Graph von g einen Tiefpunkt T(1|1).

Der abgebildete Graph ist natürlich nur einer von unendlich vielen möglichen.

Der schwarz gezeichnete Graph ist der Originalgraph von f(x)= ( x -1 ) 2 -2 , der rot gezeichneten Graph gehört zu g(x) = f(x) +3 = ( x -1 ) 2 +1 .

Versch./Streck. Extrempkt (2-fach)

Beispiel:

Der Graph einer Funktion f besitzt einen Tiefpunkt T(4|-4). Für die Funktion g gilt : g(x) = f(x +1) +3

Gib einen Extrempunkt des Graphen von g an.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Der (blaue) Graph von f(x +1) geht durch Verschiebung um -1 in x-Richtung - also um 1 nach links - aus dem (schwarzen) Graph von f hervor. Der (blaue) Graph von f(x +1) hat dann seinen Tiefpunkt T bei x = 3.

Da g(x) = f(x +1) +3 gilt, geht dann der (rote) Graph von g durch Verschiebung um 3 in y-Richtung - also um 3 nach oben - aus dem (blauen) Graph von f hervor.

Der Tiefpunkt T bleibt also ein Tiefpunkt T, der y-Wert wird jedoch um 3 nach oben verschoben.

Somit besitzt der Graph von g einen Tiefpunkt T(3|-1).

Der abgebildete Graph ist natürlich nur einer von unendlich vielen möglichen.

Extrempunkte (ohne MNF)

Beispiel:

Berechne die Koordinaten aller Extrempunkte des Graphen von f mit f(x)= x 2 -10x +1 :

Lösung einblenden

f(x)= x 2 -10x +1

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

=>f'(x)= 2x -10 +0

= 2x -10

f''(x)= 2 +0

= 2

Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

(Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

2x -10 = 0 | +10
2x = 10 |:2
x = 5

Die Lösung x= 5 ist nun der einzige Kandidat für eine Extremstelle.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f''(x0)<0).
Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f'(x0)>0).

f''(5 ) = 2 = 2 = 2 >0

Das heißt bei x = 5 ist ein Tiefpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(5 ) = 5 2 -105 +1 = -24
Man erhält so den Tiefpunkt T:(5 | -24 )

Extrempunkte (ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Koordinaten aller Extrempunkte des Graphen von f mit f(x)= x 2 +4x -3 :

Lösung einblenden

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

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

=>f'(x)= 2x +4 +0

= 2x +4

f''(x)= 2 +0

= 2

Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

(Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

2x +4 = 0 | -4
2x = -4 |:2
x = -2

Die Lösung x= -2 ist nun der einzige Kandidat für eine Extremstelle.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f''(x0)<0).
Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f'(x0)>0).

f''(-2 ) = 2 = 2 = 2 >0

Das heißt bei x = -2 ist ein Tiefpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(-2 ) = ( -2 ) 2 +4( -2 ) -3 = -7
Man erhält so den Tiefpunkt T:(-2 | -7 )

Extrempunkte (auch mit VZW)

Beispiel:

Berechne die Koordinaten aller Extrempunkte des Graphen von f mit f(x)= x 3 +9 x 2 +24x +1 :

Lösung einblenden

f(x)= x 3 +9 x 2 +24x +1

Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

=>f'(x)= 3 x 2 +18x +24 +0

= 3 x 2 +18x +24

f''(x)= 6x +18 +0

= 6x +18

Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

(Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

3 x 2 +18x +24 = 0 |:3

x 2 +6x +8 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = -6 ± 6 2 -4 · 1 · 8 21

x1,2 = -6 ± 36 -32 2

x1,2 = -6 ± 4 2

x1 = -6 + 4 2 = -6 +2 2 = -4 2 = -2

x2 = -6 - 4 2 = -6 -2 2 = -8 2 = -4

Die Lösungen -4 , -2 sind nun die einzigen Kandidaten für Extremstellen.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f''(x0)<0).
Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x0)=0 und f'(x0)>0).


1.: x=-4

f''(-4 ) = 6( -4 ) +18 = -24 +18 = -6 <0

Das heißt bei x = -4 ist ein Hochpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(-4 ) = ( -4 ) 3 +9 ( -4 ) 2 +24( -4 ) +1 = -15
Man erhält so den Hochpunkt H:(-4 | -15 )


2.: x=-2

f''(-2 ) = 6( -2 ) +18 = -12 +18 = 6 >0

Das heißt bei x = -2 ist ein Tiefpunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
f(-2 ) = ( -2 ) 3 +9 ( -2 ) 2 +24( -2 ) +1 = -19
Man erhält so den Tiefpunkt T:(-2 | -19 )

Beispielterm für Extrempunktkriterien

Beispiel:

Gib einen Term einer Funktion an, deren Graph einen Sattelpunkt S(-1|2) besitzt, der sich mit Hilfe der 3. Ableitung nachweisen lässt.

Lösung einblenden
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Wesentlich einfacher wäre es ja ein Funktions-Beispiel mit einen Sattelpunkt S(0|0) im Ursprung zu finden, der sich mit Hilfe der 3. Ableitung nachweisen lässt.

Die einfachste Möglichkeit für einen Sattelpunkt S(0|0) ist wohl der Funktionsterm f1(x)= x 3

Hier gilt dann
f1'(x)= 3 x 2 , f1''(x)= 6x , f1'''(x)= 6 , und somit f1'''(0) = 6 ≠ 0.

Somit hat der Graph der Funktion x 3 einen Sattelpunkt S(0|0), der sich mit Hilfe der 3. Ableitung nachweisen lässt (siehe schwarzer Graph in der nebenstehenden Abblidung).

Wenn wir nun den Graph um -1 in x-Richtung verschieben, so ändert sich ja nichts an der Form des Graphen (sondern nur an dessen Lage). ( x +1 ) 3 hat also an der Stelle x = -1 genau die gleichen Ableitungswerte wie x 3 an der Stelle x = 0.

Auch bei Verschiebung in y-Richtung ändert sich ja nichts an der Form oder den Ableitungswerten.

Somit hat der Graph von f(x)= ( x +1 ) 3 +2 einen Sattelpunkt S(-1|2), der sich mit Hilfe der 3. Ableitung nachweisen lässt.