Funktion Eine Funktion f : D R, x f (x) ordnet jedem Argument x aus dem Definitionsbereich D R einen Wert f (x) aus dem Wertebereich W R zu. Funktion 1-1
Der Graph von f besteht aus den Paaren (x, y) mit y = f (x). y f D x W Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, sind der Definitionsbereich (hellgrau) und der Wertebereich (dunkelgrau) die Projektionen des Graphen auf die x- bzw. y-achse. Funktion 1-2
f (x) = ln(3 x) x 1 Funktion 2-1
f (x) = ln(3 x) x 1 Einschränkungen an die auftretenden elementaren Funktionen: Funktion 2-2
f (x) = ln(3 x) x 1 Einschränkungen an die auftretenden elementaren Funktionen: Argument des Logarithmus positiv, Argument der Wurzel nicht negativ 3 x >, x Funktion 2-3
f (x) = ln(3 x) x 1 Einschränkungen an die auftretenden elementaren Funktionen: Argument des Logarithmus positiv, Argument der Wurzel nicht negativ 3 x >, x Nenner ungleich Null x 1 Funktion 2-4
f (x) = ln(3 x) x 1 Einschränkungen an die auftretenden elementaren Funktionen: Argument des Logarithmus positiv, Argument der Wurzel nicht negativ 3 x >, x Nenner ungleich Null x 1 Definitionsbereich D = [, 3)\{1} = [, 1) (1, 3) Funktion 2-5
f (x) = ln(3 x) x 1 Einschränkungen an die auftretenden elementaren Funktionen: Argument des Logarithmus positiv, Argument der Wurzel nicht negativ 3 x >, x Nenner ungleich Null x 1 Definitionsbereich D = [, 3)\{1} = [, 1) (1, 3) x = 1..3 = f (x) =.. Wertebereich W = R Funktion 2-6
y 4 W 2-2 -4 f 1 D 3 x Funktion 2-7
Definitions- und Wertebereiche einiger elementarer Funktionen Funktion 3-1
Definitions- und Wertebereiche einiger elementarer Funktionen f (x) D W 1/x R \ {} R \ {} ln x (, ) R tan x R \ {x : x = (2k + 1)π/2, k Z} R x [, ) [, ) Funktion 3-2
Umkehrfunktion Die Umkehrfunktion einer injektiven Funktion f : D W mit Definitionsbereich D und Wertebereich W R ist durch definiert. Dabei gilt f 1 : W D R, x f 1 (x) y = f (x) x = f 1 (y). Funktion 4-1
Umkehrfunktion Die Umkehrfunktion einer injektiven Funktion f : D W mit Definitionsbereich D und Wertebereich W R ist durch definiert. Dabei gilt f 1 : W D R, x f 1 (x) y = f (x) x = f 1 (y). Der Definitionsbereich der Umkehrfunktion ist der Wertebereich von f. Ihr Graph y = f 1 (x) ist das Spiegelbild des Graphen von f an der ersten Winkelhalbierenden (y = x). Funktion 4-2
Umkehrfunktion Die Umkehrfunktion einer injektiven Funktion f : D W mit Definitionsbereich D und Wertebereich W R ist durch definiert. Dabei gilt f 1 : W D R, x f 1 (x) y = f (x) x = f 1 (y). Der Definitionsbereich der Umkehrfunktion ist der Wertebereich von f. Ihr Graph y = f 1 (x) ist das Spiegelbild des Graphen von f an der ersten Winkelhalbierenden (y = x). Die Schreibweise f 1 (x) kann leicht zu Verwechslungen mit dem Kehrwert f (x) 1 = 1 f (x) führen. Insbesondere, wenn das Argument x der Funktion weggelassen wird, sollte aus dem Zusammenhang klar sein, was gemeint ist. Funktion 4-3
y y = f 1 (x) y = x y = f(x) x Funktion 4-4
einige Umkehrfunktionen 5 4 y = x 2 y = x 6 4 y = x 3 2 2 y = x y = 1 x 1 2 4 1 1 1 2 3 4 5 3 y = x 2 1 1 2 y = tan x y = arctan x 3 3 2 1 1 2 3 6 6 4 2 2 4 6 3 2 1 1 2 3 y = x y = e x y = ln x 3 2 1 1 2 3 Funktion 5-1
Definitionsbereiche: f D f 1 D x 2 R x [, ) e x R ln(x) (, ) 1 1 x R \ {} x R \ {} tan x R \ {x : x = (2z + 1)π/2, z Z} arctan x R Für Funktionen, die nicht injektiv sind, existieren Umkehrfunktionen nur auf Teilmengen des Definitionsbereichs. Beispielsweise ist f : x y = x 2 auf R + oder R invertierbar. Funktion 5-2
Rechnen mit Funktionen Linearkombinationen von Funktionen sind punktweise definiert, d.h. durch die entsprechenden Operationen auf den Funktionswerten: (rf + sg)(x) = rf (x) + sg(x). Analog erklärt man das Produkt fg und den Quotienten f /g. Beim Quotienten müssen dabei die Nullstellen von g vom Definitionsbereich ausgeschlossen werden. Funktion 6-1
Rechnen mit Funktionen Linearkombinationen von Funktionen sind punktweise definiert, d.h. durch die entsprechenden Operationen auf den Funktionswerten: (rf + sg)(x) = rf (x) + sg(x). Analog erklärt man das Produkt fg und den Quotienten f /g. Beim Quotienten müssen dabei die Nullstellen von g vom Definitionsbereich ausgeschlossen werden. Schließlich bezeichnet (f g)(x) = f (g(x)) die Hintereinanderschaltung zweier Funktionen. Funktion 6-2
f (x) = x 2 4, g(x) = x + 2 Funktion 7-1
Arithmetische Verknüpfungen: f (x) = x 2 4, g(x) = x + 2 (f + 2g)(x) = x 2 + 2x (fg)(x) = x 3 + 2x 2 4x 8 (f /g)(x) = x 2, x 2 Quotient mit hebbarer Definitionslücke bei x = 2 (Nullstelle des Zählers x 2 4 = (x + 2)(x 2) an der Polstelle bei x = 2) Funktion 7-2
Arithmetische Verknüpfungen: f (x) = x 2 4, g(x) = x + 2 (f + 2g)(x) = x 2 + 2x (fg)(x) = x 3 + 2x 2 4x 8 (f /g)(x) = x 2, x 2 Quotient mit hebbarer Definitionslücke bei x = 2 (Nullstelle des Zählers x 2 4 = (x + 2)(x 2) an der Polstelle bei x = 2) Hintereinanderschaltung: ( ist nicht kommutativ) (f g)(x) = (x + 2) 2 4 = x 2 + 2x (g f )(x) = (x 2 4) = x 2 2, Funktion 7-3
Gerade und ungerade Funktionen Eine Funktion f ist gerade, wenn f (x) = f ( x), d.h. wenn der Graph symmetrisch zur y-achse ist. Für eine ungerade Funktion ist f (x) = f ( x), und der Graph ist punktsymmetrisch zum Ursprung. y y x x gerade Funktion ungerade Funktion Funktion 8-1
Gerade und ungerade Funktionen Eine Funktion f ist gerade, wenn f (x) = f ( x), d.h. wenn der Graph symmetrisch zur y-achse ist. Für eine ungerade Funktion ist f (x) = f ( x), und der Graph ist punktsymmetrisch zum Ursprung. y y x x gerade Funktion ungerade Funktion Das Produkt zweier gerader oder ungerader Funktionen ist gerade. Hingegen ist das Produkt einer geraden und einer ungeraden Funktion ungerade. Beim Bilden von Summen oder Differenzen bleibt der Typ erhalten. Funktion 8-2
gerade (links) und ungerade Funktionen (rechts) 4 3 y = x 2 4 3 y = 1/x y = x 3 2 2 1 y = cos(x) 1 1 2 y = 2 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 1 y = sin(x) 2 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 Funktion 9-1
gerade (links) und ungerade Funktionen (rechts) 4 3 y = x 2 4 3 y = 1/x y = x 3 2 2 1 y = cos(x) 1 1 2 y = 2 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 1 y = sin(x) 2 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 Kombinationen von Funktionen (gerade) (ungerade) f (x) = x 2 cos x x 3 sin x, g(x) = 2 + 1 x 2 h(x) = f (x) sin x g(x)x 3 Funktion 9-2