Funktionen. x : Variable von f oder Argument f x : Funktionswert, Wert der Funktion f an der Stelle x D f. : Definitionsmenge(Urbildmenge)

Ähnliche Dokumente
2 Von der Relation zur Funktion

Mathematik I Herbstsemester 2014

Mathematik I Herbstsemester 2018 Kapitel 1: Funktionen

9 Funktionen und ihre Graphen

Vorkurs Mathematik B

Dr. Jürgen Roth. Fachbereich 6: Abteilung Didaktik der Mathematik. Elemente der Algebra. Dr. Jürgen Roth 2.1

Funktionen. Definition. Eine Funktion (oder Abbildung) ist eine Vorschrift, die jedem Element einer Menge A genau ein Element einer Menge B zuordnet.

1 Funktionen einer Variablen

Umkehrfunktionen 1-E. Ma 1 Lubov Vassilevskaya

Einführung. Ablesen von einander zugeordneten Werten

Bezeichnung von Funktionen x := y:=

Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang & LehrerInnenteam Arbeitsblatt Semester ARBEITSBLATT 3-1 FUNKTIONEN. Was ist eine Funktion?

2 Funktionen einer Variablen

Kapitel 2: Abbildungen und elementare Funktionen

hat den maximalen Definitionsbereich R\{0}.

Mathematischer Vorkurs Dr. Thomas Zehrt Funktionen 1. 1 Grundlagen 2. 2 Der Graph einer Funktion 4. 3 Umkehrbarkeit 5

1.3 Funktionen einer reellen Veränderlichen und ihre Darstellung im x, y - Koordinatensystem

Mathematik: Mag. Schmid Wolfgang Arbeitsblatt 1 4. Semester ARBEITSBLATT 1 FUNKTIONEN. Was ist eine Funktion?

Funktionen lassen sich durch verschiedene Eigenschaften charakterisieren. Man nennt die Untersuchung von Funktionen auch Kurvendiskussion.

13. Funktionen in einer Variablen

Funktionen. 1.1 Wiederholung

Was ist eine Funktion?

unabhängigen Variablen Eine Funktion dient der Beschreibung von Zusammenhängen zwischen mehreren verschiedenen Faktoren.

Abitur 2014 Mathematik Infinitesimalrechnung I

Lösung - Serie 3. D-MAVT/D-MATL Analysis I HS 2018 Dr. Andreas Steiger. MC-Aufgaben (Online-Abgabe)

Kapitel II Funktionen reeller Variabler

Zusammenfassung An1I HS2012 Analysis für Informatiker 1

F u n k t i o n e n Grundbegriffe

LMU MÜNCHEN. Mathematik für Studierende der Biologie Wintersemester 2016/17. GRUNDLAGENTUTORIUM 5 - Lösungen. Anmerkung

4. Weitere Ableitungregeln ================================================================= 4.1 Die Ableitung der Sinus-und Kosinusfunktion

Funktionen einer reellen Veränderlichen

Vorlesung. Funktionen/Abbildungen

Repetitionsaufgaben: Einführung des Begriffes Funktion

Ein geordnetes Paar (oder: ein 2-Tupel) enthält immer zwei Elemente, deren Reihenfolge festgelegt ist. Mehrfachnennungen sind nicht erlaubt!

Definition, Funktionsgraph, erste Beispiele

HTBLA VÖCKLABRUCK STET

4. Funktionen und Relationen

Was ist eine Funktion?

Abschnitt 1.3. Funktionen

1 Funktionen einer Variablen

Prof. Dr. Wolfgang Konen Mathematik 1, WS Warum Informatiker Funktionen brauchen

Mathematik für Ökonomen 1

Quadratische Funktionen Arbeitsblatt 1

Lösungen der Trainingsaufgaben aus. Toolbox Mathematik für MINT-Studiengänge

Einführung in das mathematische Arbeiten im SS Funktionen. Evelina Erlacher 1 7. März 2007

MATHE KLASSE 11. Funktionen Extremwerte lineare Funktionen WOLFGANG STILLER

3 Werkzeuge der Mathematik

Wiederholung Lineare Gleichungen Funktionen. Mathematik W3. Mag. DI Rainer Sickinger BRP, LMM. v 4 Mag. DI Rainer Sickinger Mathematik W3 1 / 74

Kapitel 5. Reelle Funktionen. Josef Leydold Auffrischungskurs Mathematik WS 2017/18 5 Reelle Funktionen 1 / 81

Mengen, Funktionen und Logik

Mathematik 1 für Wirtschaftsinformatik

4.4. Aufgaben zu Potenzfunktionen

Die Mengenlehre ist ein Grundelement der Sprache der Mathematik und geht als

Mathematik 9. Quadratische Funktionen

Lineare Funktionen. Das rechtwinklige (kartesische) Koordinatensystem. Funktionen

Anmerkungen zu Mengen und Abbildungen

Funktionen in der Mathematik

Abitur 2010 Mathematik GK Infinitesimalrechnung I

Logarithmusfunktion zur Basis 2, Aufgaben. 7-E Vorkurs, Mathematik

F u n k t i o n e n Zusammenfassung

Quadratische Funktionen Der Funktionsbegriff

Funktionenlehre. Grundwissenskatalog G8-Lehrplanstandard

1.2 Einfache Eigenschaften von Funktionen

Funktion. Eine Funktion. x f (x) ordnet jedem Argument x aus dem Definitionsbereich D R einen Wert f (x) aus dem Wertebereich W R zu.

K. Eppler, Inst. f. Num. Mathematik Übungsaufgaben. 3. Übung: Woche vom bis

Prüfungsteil B, Aufgabengruppe 1: Analysis. Bayern Aufgabe 1. BundesabiturMathematik: Musterlösung

Kurvendiskussion. Mag. Mone Denninger 10. Oktober Extremwerte (=Lokale Extrema) 2. 5 Monotonieverhalten 3. 6 Krümmungsverhalten 4

Analysis II 14. Übungsblatt

Über die Bedeutung der zwei Zahlen m und x 1 für das Aussehen des Graphen wird an anderer Stelle informiert.

Funktionen. Mathematik-Repetitorium

3 Abbildungen. 14 I. Zahlen, Konvergenz und Stetigkeit

HM I Tutorium 1. Lucas Kunz. 27. Oktober 2016

3 Folgen, Reihen und stetige Funktionen

Dieses Kapitel vermittelt:

Darstellungsformen von Funktionen

Zuammenfassung: Reelle Funktionen

Funktionen (Teschl/Teschl 5.2) Beispiele. Eine Funktion (oder Abbildung) f : M N,

Ist die Funktion f : R R injektiv, hat den Definitionsbereich D und den Wertebereich W, so ist f : D W bijektiv. Dann heißt

Spezielle Klassen von Funktionen

1. Begründen Sie, ob durch folgende Vorschriften reelle Funktionen y = f(x) definiert werden.

Mathematik W2. Rainer Sickinger v 2 Rainer Sickinger Mathematik W2 1 / 93

Celle. Betragsfunktion 1-E1. Vorkurs, Mathematik

: das Bild von ) unter der Funktion ist gegeben durch

Klausurenkurs zum Staatsexamen (WS 2016/17): Differential und Integralrechnung 3

Institut für Stochastik, Fernstudienzentrum

Kapitel 4. Abbildungen = Funktionen. Oft hängt eine Größe von einer anderen ab. Beispiele: a) Höhe eines bestimmten Baumes von der Zeit

Wertetabelle : x 0 0, ,5 1. y = f(x) = x 2 0 0, ,25 1. Graph der Funktion :

Kapitel 1. Mengen und Abbildungen. 1.1 Mengen

Prüfungsteil B, Aufgabengruppe 2, Analysis. Bayern Aufgabe 1. Bundesabitur Mathematik: Musterlösung. Abitur Mathematik Bayern 2014

Funktionen. Kapitel 3

Abbildungseigenschaften

Merksatz Begriff der Funktion

Kapitel 8: Funktionen

d) Die Parabel verläuft symmetrisch zur Achse durch die Punkte ( 1 0,5) und (2 5,5).

Abitur 2017 Mathematik Infinitesimalrechnung I

Transkript:

Funktionen Eine Funktion oder Abbildung ist eine Beziehung zwischen zwei nicht leere Mengen D f und Z, die jedem Element x aus einer Menge D f genau ein Element y aus anderer Menge Z zuordnet. f : D f Z f : x y = f ( x) mit x R x : Variable von f oder Argument f x : Funktionswert, Wert der Funktion f an der Stelle x D f : Definitionsmenge(Urbildmenge) Z : Zielmenge(Bildmenge) Definitionsbereich Eine Definitionsmenge D f ist eine Teilmenge in R aller unabhängigen Variablen, für die die Funktion definiert ist. Zielmenge Eine Zielmenge Z ist eine Menge der mögliche Werte einer Funktion. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass diese auch tatsächlich alle durch f angenommen werden. Wertemenge Die Wertemenge W f ist die Menge aller Funktionswerte, die aus den Elementen von D f entstehen. ( Die Menge der angenommenen Werte einer Funktion.) W f = f (D f ) 1) f (x) = x 2 D f = R, W f = R 0 2) f (x) = x 1 D f = [1, ), W f = R 0 3) f (x) = 3 x 2 D f = [ 2, ), W f = [3, ) 4) f (x) = 3 x D f = R 0, W f = R 0 5) f (x) = x 3 1 D f = R, W f = R M. Komasi 1

Darstellung von Funktionen einer Variablen I) Analytische Darstellung(Gleichungsform) Unter der analytischen Darstellung einer Funktion versteht man deren Beschreibung in Gleichungsform y = f (x) : Explizite Darstellung (die Funktion ist nach einer Variablen aufgelöst) F x, y = 0 : Implizite Darstellung (die Funktion ist nicht nach einer der beiden Variablen aufgelöst) 1) y = x 2 3 x 2) F (x, y) = ln y 5 x = 0 II) Tabellarische Darstellung Man kann Funktionswerte für verschiedene Argumente berechnen und die Ergebnisse in eine Tabelle (Wertetabelle ) zusammenfassen. Beispiel: 1) y = x und x 0 x 0 1 2 3 4... f x 0 1 1,14 1,73 2... III) Graphischer Darstellung Man versteht unter einer Funktion f die Menge aller Paare x, y, die bei der Zuordnung f einander zugeordnet sind. Um die graphische Darstellung einer Funktion zu erzeugen, ist es möglich, die zu einer Funktion f gehörenden Wertepaare x, y in einem Koordinatensystem darzustellen. Jedes Paar x, y einer Funktion wird als einen Punkt P im Koordinatensystem veranschaulicht. Die Menge aller dieser Punkte liefert den Graphen von f. Beispiel: 1) f (x) = x und x 0 M. Komasi 2

Allgemeine Funktionseigenschaften Injektivität Eine Funktion ist Injektiv, wenn jedes Element der Zielmenge höchstens einmal als Funktionswert angenommen wird. x 1, x 2 D f gilt f ( x 1 ) = f (x 2 ) x 1 = x 2 x 1, x 2 D f gilt x 1 x 2 f ( x 1 ) f ( x 2 ) 1) f 1 : R R, f 1 (x) = 5 x f 1 ist injektiv. 2) f 2 : R R, f 2 (x) = 2 x 3 f 2 ist injektiv. 3) f 3 : R 0 R 0, f 3 ( x) = x 2 4 f 3 ist injektiv. 4) f 4 : R R, f 4 ( x) = x 2 4 f 4 ist nicht injektiv. Surjektivität Eine Funktion ist surjektiv, wenn jedes Element der Zielmenge mindestens einmal als Funktionswert angenommen wird. W f = Z 1) f 1 : R R f 1 x = 2 x 1 W f 1 = R = Z = R f 1 ist surjektiv. 2) f 2 : R R f 2 (x ) = x 2 W f 2 = R 0 Z = R f 2 ist nicht surjektiv. Bijektivität Eine Funktion ist bijektiv, wenn sie injektiv und surjektiv ist. M. Komasi 3

Gleichheit von Funktionen Zwei Funktionen f : D f W f und g : D g W g sind gleich, wenn (D f = D g und f ( x) = g( x)) f = g 1) f : R {1} R mit f x = x2 1 x 1 g : R R mit g x = x 1 D f D g f g und x 2 1 x 1 2) f : R R mit f x = x 1 und 2 x = 1 g : R R mit g x = x 1 D f = D g = R und W f = W g = R f = g x 2 9 3) f : R R mit f (x) = x 3 x 3 9 x = 3 g : R R mit g (x) = x 3 D f = D g = R aber f (3) g (3) f g Umkehrfunktion Die Funktion f : x y ordnet jedem x eindeutig ein y zu. Kann umgekehrt auch jedem y eindeutig ein x zugeordnet werden, so entsteht die Umkehrfunktion oder inverse Funktion von f. Sie wird mit f 1 bezeichnet. f 1 : W f D f f x x Bemerkungen: Eine Funktion f : D f W f heißt Umkehrbar, wenn zu unterschiedlichen Argumente x D f auch unterschiedliche Funktionswerte y W f gehören. Ist eine Funktion nicht Umkehrbar, wenn im Kartesischen Koordinatensystem eine Parallele zur x Achse existiert, die den Graphen von f mehr als einmal schneidet. M. Komasi 4

Beispiel: 1) Sei f : [0, 2] [4, 10 ] mit f (x) = 3 x 4 Bestimmen Sie, falls möglich, die Umkehrfunktion von f. f ist injektiv Die Funktionsgleichung nach der Variable x auflösen: y = 3 x 4 x = y 4 3 Das Umkehrfunktion von f lautet daher f 1 y = y 4 3 Da es üblich ist, das Argument mit x zu bezeichnen, schreibt man auch f 1 x = x 4, weil der Variablenname frei wählbar ist. 3 Die Rollen von x und y vertauschen: f 1 : [4, 10] [0, 2] mit f 1 x = x 4 3. Der Graph von f ist die Menge aller Punkte x, y mit x D f und y W f und der Graph von f 1 ist die Menge aller Punkte y, x mit y W f und x D f. Weil in Kartesischen Koordinatensystem die Punkte x, y und y, x Symmetrisch zur Graphen y = x liegen, sind die Graphen von f und f 1 auch Symmetrisch. Über die Umkehrung einer Funktion Jede injektive Funktion ist Umkehrbar. Bei der Umkehrung einer Funktion werden Definitions- und Wertebereich miteinander vertauscht. Zeichnerisch erhält man das Schaubild der Umkehrfunktion durch Spiegelung der Funktionskurve an der Geraden y = x M. Komasi 5

Die Funktion f (x) = x 2 2 x 3 ist nicht umkehrbar, weil z.b. f 0 = f 2 = 3 gilt. Wir wollen untersuchen, ob man durch Einschränkung der Definitionsmenge eine umkehrbare Funktion f mit der selben Zuordnungsvorschrift erhalten kann. y = x 2 2 x 3 x 2 2 x 3 y = 0 x 1,2 = 1 ± y 2 Entscheidet man sich für x = 1 y 2, so wird eine Funktion beschrieben, deren Wertemenge nur werte großer als 1 besitzt: W f 1 = [1 ; ) Außerdem ist die Umkehrfunktion nur definiert für y D f 1 = [2 ; ) Dann ist f : [1 ; ) [2 ; ) umkehrbar, und es gilt: f 1 : [2 ; ) [1 ; ) mit f 1 ( x) = 1 x 2 M. Komasi 6

Verkettete Funktion oder Mittelbare Funktion Gegeben seien zwei Funktionen: Dann heißt die Funktion f : D f A und g : D g B mit W f D g. g f : D f B x g( f ( x)) die Komposition f und g oder von g nach f. Bemerkungen: Bei g f wird zunächst f ausgeführt und dann g. Wendet man auf die Variable x zuerst die Funktion f an, und danach auf das Ergebnis die Funktion g, so erhält man die sogenannte Verkettung g f x. Eigenschaften: a) Die Komposition von Funktionen ist assoziativ ( f g) h = f (g h) b) Die Komposition von Funktionen ist im Allgemeinen nicht kommutativ f g g f Beispiel: 1) Seien die Funktionen f und g gegeben durch die Funktionsgleichungen: f : [0, 2] [4, 10 ] mit f (x) = 3 x 4 g : [1, ) [0, 1] mit g (x) = 1 x Dann ermittelt man die Funktionsterme zu folgenden Verkettungen. a) g f : [4, 10 ] [1, ) W f D g g f : [0, 2] [0, 1] g f x = g 3 x 4 = 1 3 x 4 b) f g : [0, 1] [0, 2] W g D f f g : [1, ) [4, 10 ] f g x = f 1 x = 3 1 x 4 M. Komasi 7

Monotonie Durch die Monotonie wird angegeben ob der Graph einiger Funktion f : D f W f in einem bestimmten Intervall [ x 1 ; x 2 ] steigt oder fällt. Dann heißt die Funktion f : D f W f monoton wachsend, falls streng monoton wachsend, falls monoton fallend, falls streng monoton fallend, falls f x 1 f x 2 f x 1 f x 2 f x 1 f x 2 f x 1 f x 2 1) f x = x 1, D f = [1; ) und W f = R 0 x 1 2 3 4 5 f x 0 1 2 3 2 Streng monoton wachsend 2) f x = x 1, D f = [1; ) und W f = R 0 - x 1 2 3 4 5 f x 0 1 2 3 2 streng monoton fallend M. Komasi 8

3) f (x) = 0 für x < 0 x für 0 x 1 1 für x > 1 monoton wachsend Symmetrieverhalten Man unterscheidet zwischen geraden und ungeraden Funktionen. Funktionen, deren Graph symmetrisch zur y Achse verläuft, nennt man gerade Funktionen. Bei geraden Funktionen gilt: f ( x) = f ( x) Funktionen, deren Graph punktsymmetrisch zum Ursprung verläuft, nennt man ungerade Funktionen. Bei ungeraden Funktionen gilt: f ( x) = f (x) 1) f x = x 2 ist eine gerade Funktion, weil f x = x 2 = x 2 = f x 2) f x = x 3 ist eine ungerade Funktion, weil f x = x 3 = x 3 = f x Nullstelle von Funktionen Die Nullstelle ist die Stelle, bei der die Funktionswert gleich Null ist f x = 0. Dort schneidet oder berührt der Graph einer Funktion f x die x Achse. Um den Wert für x zu ermitteln, bei dem f x = 0 gilt, setzt man den Funktionsterm gleich Null und löst die entstandene Gleichung nach x auf. 1) Die Lineare Funktion y = x 3 schneidet die x Achse an der Stelle x 1 = 3 2) Die Parabel y = x 2 2 besitzt an der Stelle x 1 = 2 eine doppelte Nullstelle, d.h. Einen Berührungspunkt. M. Komasi 9