Rationale Funktionen Polstellen: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 6. April 2013, 13:54 Uhr

Die Funktion $f: x \rightarrow \frac{1}{x}$ ist für $x = 0$ nicht definiert. Wie verhält sie sich in der Umgebung von $0$ ? Je kleiner $x$ betragsmäßig wird, desto größer wird der Betrag von $\frac{1}{x}$ . Zeigt eine Funktion für einen x-Wert ein solches Verhalten, dann ist der x-Wert eine Definitionslücke und man bezeichnet diese Stelle als Polstelle.

Merke

Ist an einer Definitionslücke $x_0$ einer gebrochen-rationalen Funktion $f$

$\lim_{x \to x_0}\left| f(x) \right|=\infty$ ,

dann ist die Definitionslücke $x_0$ eine Polstelle von f.

Beispiele:

1. Die Funktion $f: x \rightarrow \frac{1}{x}$ hat für $x = 0$ einen Pol 1. Ordnung ( $0$ ist einfache Nullstelle des Nenners).

Nähert man sich von links an, also $x \rightarrow 0$ mit $x<0$ , dann streben die Funktionswerte nach $-\infty$ ; nähert man sich von rechts an, also $x \rightarrow 0$ mit $x>0$ , dann streben die Funktionswerte nach $\infty$ . $f$ hat an $x = 0$ eine Polstelle mit Vorzeichenwechsel. Die Gerade $x = 0$ ist senkrechte Asymptote des Graphen von $f$ .

2. Die Funktion $g: x \rightarrow \frac{1}{x^2}$ hat für $x = 0$ einen Pol 2. Ordnung ( $0$ ist zweifache Nullstelle des Nenners).

Nähert man sich von links oder von rechts an, also $x \rightarrow 0$ mit $x<0$ oder $x>0$ , dann streben die Funktionswerte in beiden Fällen nach $\infty$ . $g$ hat an $x = 0$ eine Polstelle ohne Vorzeichenwechsel. Die Gerade $x = 0$ ist senkrechte Asymptote des Graphen von $f$ .

Aufgabe 1

Ermittle bei den gegebenen Funktionen jeweils die Polstelle(n) der Funktion und beschreibe das Vorzeichenverhalten der Funktion bei Annäherung an die Polstelle(n).

a) $f$ mit $f(x) = \frac{1}{x-2}$

b) $g$ mit $g(x) = \frac{1}{2-x}$

c) $h$ mit $h(x) = \frac{1}{(x-2)^2}$

d) $k$ mit $k(x) = \frac{1}{(x-3)^7}$

e) $l$ mit $l(x) = \frac{1}{(x-3)(x+2)}$

f) $m$ mit $m(x) = \frac{1}{(x-3)}+ \frac{1}{x}$

[Lösung anzeigen][Lösung ausblenden]

a) x = 2; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<2): $f(x) \rightarrow -\infty$ ; Annäherung von rechts (x>2): $f(x) \rightarrow \infty$

b) x = 2; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<2): $g(x) \rightarrow \infty$ ; Annäherung von rechts (x>2): $g(x) \rightarrow -\infty$

c) x = 2; Pol 2. Ordnung; Pol ohne Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<2): $h(x) \rightarrow \infty$ ; Annäherung von rechts (x>2): $h(x) \rightarrow \infty$

d) x = 3; Pol 7. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<3): $k(x) \rightarrow -\infty$ ; Annäherung von rechts (x>3): $k(x) \rightarrow \infty$

e) x = -2; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<-2): $l(x) \rightarrow \infty$ ; Annäherung von rechts (x>-2): $f(x) \rightarrow -\infty$

x = 3; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<3): $l(x) \rightarrow -\infty$ ; Annäherung von rechts (x>3): $f(x) \rightarrow \infty$

e) x = 0; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<-2): $l(x) \rightarrow -\infty$ ; Annäherung von rechts (x>-2): $f(x) \rightarrow \infty$

x = 3; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<3): $l(x) \rightarrow -\infty$ ; Annäherung von rechts (x>3): $f(x) \rightarrow \infty$

Aufgabe 2

Ordne die Polstellen und die angegebenen Funktionen $f: x \rightarrow f(x)$ richtig zu!

$f(x) = \frac{x-12}{2x}$	$x = 0$
$f(x) = \frac{2x-6}{5}$	keine Polstelle
$f(x) = \frac{x^2-1}{x^2-2x}$	$x_1 = 0; x_2 = 2$
$f(x) = \frac{x^2-3x+2}{x^3-2x+1}$	$x_1 = -\frac{1}{2}-\frac{sqrt{5}}{2}; x_2=1; x_3=-\frac{1}{2}+\frac{sqrt{5}}{2}$
$f(x) = \frac{x^2-64}{x^2+2x}$	$x_1 = -2; x_2 = 0$
$f(x) = \frac{x^2+64}{x^2-64}$	$x_1 = -8; x_2 = 8$

Aufgabe 3

Im folgenden Applet kannst du mit dem Schieberegler die Potenz n des Nenners der Funktion $f:x \rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}$ ändern. Beachte den Verlauf des Graphen bei geraden n und bei ungeraden n. Formuliere deine Beobachtung.

Beschreibe, was du mit dem Schieberegler für $x_0$ änderst.

Merke

Man kann allgemein für eine gebrochen-rationale Funktion $f$ mit $f(x)=\frac{1}{(x-x_0)^n}$ formulieren:

Ist n gerade, dann hat die Funktion $f:x\rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}$ mit $D = R \backslash \{x_0\}$ an der Stelle $x = x_0$ einen Pol ohne Vorzeichenwechsel. $x_0$ ist ein Pol gerader Ordnung.

Ist n ungerade, dann hat die Funktion $f:x\rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}$ mit $D = R\backslash \{x_0\}$ an der Stelle $x = x_0$ einen Pol mit Vorzeichenwechsel. $x_0$ ist ein Pol ungerader Ordnung.

Die Ordnung der Polstelle $x_0$ ist die Zahl die angibt wie oft $x_0$ Nullstelle des Nenners (des gekürzten Bruches) ist.

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 Nähert man sich von links oder von rechts an, also <math> x \rightarrow 0</math> mit <math>x<0</math> oder <math>x>0</math>, dann streben die Funktionswerte in beiden Fällen nach <math>\infty</math>. <math>g</math> hat an <math> x = 0</math> eine '''Polstelle ohne Vorzeichenwechsel'''. Die Gerade <math>x = 0</math> ist senkrechte Asymptote des Graphen von <math>f</math>.
-{{Merke|Man kann allgemein für eine gebrochen-rationale Funktion <math> f</math> mit <math> f(x)=\frac{1}{(x-x_0)^n}</math> formulieren:
+{{Arbeiten|NUMMER=1|
+ARBEIT=
-Ist n gerade, dann hat die Funktion <math>f:x\rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}</math> mit <math>D = R \backslash   \{x_0\}</math> an der Stelle <math>x = x_0</math> einen '''Pol ohne Vorzeichenwechsel'''.
-Ist n ungerade, dann hat die Funktion <math>f:x\rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}</math> mit <math>D = R\backslash   \{x_0\}</math> an der Stelle <math>x = x_0</math> einen '''Pol mit Vorzeichenwechsel'''.
-Die Ordnung der Polstelle <math>x_0</math> ist die Zahl die angibt wie oft <math>x_0</math> Nullstelle des Nenners (des gekürzten Bruches) ist.
-}}
-{{Aufgabe|
 Ermittle bei den gegebenen Funktionen jeweils die Polstelle(n) der Funktion und beschreibe das Vorzeichenverhalten der Funktion bei Annäherung an die Polstelle(n).
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 e) <math>l</math> mit <math> l(x) = \frac{1}{(x-3)(x+2)}</math>
+f) <math>m</math> mit <math> m(x) = \frac{1}{(x-3)}+ \frac{1}{x}</math>
 }}
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 :x = 3; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<3): <math>l(x) \rightarrow -\infty</math>; Annäherung von rechts (x>3): <math> f(x) \rightarrow \infty</math>
+e) x = 0; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<-2): <math>l(x) \rightarrow -\infty</math>; Annäherung von rechts (x>-2): <math> f(x) \rightarrow \infty</math><br>
+:x = 3; Pol 1. Ordnung; Pol mit Vorzeichenwechsel; Annäherung von links (x<3): <math>l(x) \rightarrow -\infty</math>; Annäherung von rechts (x>3): <math> f(x) \rightarrow \infty</math>
+}}
+{{Arbeiten|NUMMER=2|
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+Ordne die Polstellen und die angegebenen Funktionen <math> f: x \rightarrow f(x)</math> richtig zu!
+}}
+<div class="zuordnungs-quiz">
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+| <math>f(x) = \frac{x-12}{2x}</math> || <math>x = 0 </math>
+|-
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+|-
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+|-
+| <math>f(x) = \frac{x^2-64}{x^2+2x}</math> ||  <math>x_1 = -2; x_2 = 0</math>
+|-
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+|}
+</div>
+{{Arbeiten|NUMMER=3|
+ARBEIT=
+Im folgenden Applet kannst du mit dem Schieberegler die Potenz n des Nenners der Funktion <math>f:x \rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}</math> ändern. Beachte den Verlauf des Graphen bei geraden n und bei ungeraden n. Formuliere deine Beobachtung.<br>
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+Ist n ungerade, dann hat die Funktion <math>f:x\rightarrow \frac{1}{(x-x_0)^n}</math> mit <math>D = R\backslash   \{x_0\}</math> an der Stelle <math>x = x_0</math> einen '''Pol mit Vorzeichenwechsel'''. <math>x_0</math> ist ein Pol ungerader Ordnung.
+Die '''Ordnung''' der Polstelle <math>x_0</math> ist die Zahl die angibt wie oft <math>x_0</math> Nullstelle des Nenners (des gekürzten Bruches) ist.
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