Strecken und Spiegeln von Funktionsgraphen: Unterschied zwischen den Versionen

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Zeichne in ein gemeinsames Koordinatensystem die Funktion f(x)=x<sup>3</sup>+2, sowie die Funktionen g(x)=2f(x) und h(x)=f(2x) (handschriftlich). <br /> <br />
 
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Gegeben ist die Funktion f(x)=2x<sup>3</sup>-x<sup>2</sup>+2x+1. Erstelle jeweils die neuen Funktionen nach den folgenden Anweisungen. Verwende zum Weiterrechnen jeweils den vorangegangenen Funktionsterm.<br />
 
Gegeben ist die Funktion f(x)=2x<sup>3</sup>-x<sup>2</sup>+2x+1. Erstelle jeweils die neuen Funktionen nach den folgenden Anweisungen. Verwende zum Weiterrechnen jeweils den vorangegangenen Funktionsterm.<br />
 
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Version vom 23. Januar 2010, 22:58 Uhr

Inhaltsverzeichnis

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Strecken und Spiegeln von Funktionsgraphen

Streckung in y-Richtung

Zur Erinnerung:
Bei quadratischen Funktionen habt ihr in der neunten Klasse bereits gelernt, dass der Funktionsgraph durch einen Koeffizienten a weiter oder enger als die Normalparabel f(x)=x2 sein kann. Diese Erscheinung wird nun allgemein für alle Funktionstypen untersucht.

Problemstellung:



Im nebenstehenden Koordinatensystem ist der Graph der Funktion f(x)= 2x4-3x2+0,5 dargestellt. Wird diese Funktion nun mit einer rationalen Zahl k multipliziert, entsteht ein veränderter Graph g(x). Versuche, durch Verschieben des Reglers das Verhalten des Funktionsgraphen zu erklären.





Erklärung:
Da der Graph von g(x) aus einer Multiplikation von einem Koeffizienten k und dem Funktionswert von f(x) entsteht, gilt für den Graphen g die Funktionsgleichung g(x)=k\timesf(x). Dadurch nimmt g bei einem Koeffizienten k>1 einen größeren Funktionswert an als der Graph von f. Der Graph ist also in y-Richtung gestreckt. Dasselbe gilt auch für 0<k<1, nur dass der Graph g hier kleinere Funktionswerte annimmt. Die Nullstellen bleiben dabei unverändert!




Beispiel:
k=3
f(1)=-0,5
g(x)=f(x)\timesk
g(1)=f(1)\times3
g(1)=-0,5\times3
g(1)=-1,5




Streckung in x-Richtung

Problemstellung:

Im untenstehenden Applet ist der Graph der Funktion f(x)=cosx eingezeichnet. Durch eine Streckung in x-Richtung entsteht der Graph g. Durch Verschieben des Reglers kannst du diese Streckung beobachten. Überlege dir, welche Auswirkungen eine Streckung um den Faktor 3 auf den Funktionsgraph hat.




Erklärung:
Eine Streckung um den Faktor 3 in x-Richtung bedeutet, dass der Graph von g den Funktionswert, den der Graph von f an der Stelle x annimmt, erst an der Stelle 3x annimmt.
Es entsteht also der Zusammenhang f(x)=g(3x) oder g(x)=f({1 \over 3}x)=cos{1 \over 3}x




Beispiel:
k=3
f(\Pi)=-1
g(x)=f({1 \over k}x)
g(\Pi)=f({1 \over 3}\Pi)
g(\Pi)=0,5


Ist der Streckungsfaktor 0<k<1, z.B. k=0,5, dann entspricht der Funktionswert von f an der Stelle x dem Funktionswert von g an der Stelle 0,5.
Der Zusammenhang lautet also f(x)=g(0,5x) oder g(x)=f(2x). Das Verhalten des Graphen kannst du beobachten, wenn du im oben abgebildeten Koordinatensystem den Regler k verschiebst. Der Funktionswert an der Stelle x=0 bleibt immer gleich.
Allgemein: g(x)=f(kx) mit dem Streckungsfaktor {1 \over k}



Merke:

Besteht zwischen zwei Funktionen der Zusammenhang g(x)=k\timesf(x) mit k>0, dann ist der Graph von g gegenüber dem von f in y-Richtung um den Faktor k gestreckt.

Besteht zwischen zwei Funktionen der Zusammenhang g(x)=f(kx) mit k>0, dann ist der Graph von g gegenüber dem von f um den Faktor {1 \over k} in x-Richtung gestreckt.


Spiegelung an der x-Achse

Bisher haben wir das Verhalten der Funktionsgraphen nur für positive Werte von k untersucht. Nun soll k den Wert -1 annehmen. Aus den oben erstellten
Formeln ergeben sich nun die Fälle g(x)= -1k\timesf(x) und g(x)=f(-1kx),
also g(x)= -f(x) und g(x)=f(-x).
Zunächst betrachten wir den Fall g(x)= -f(x) .

Spiegelung an der x-Achse neu.png




Im nebenstehenden Koordinatensystem ist der Graph von f mit dem Funktionsterm f(x)=x4-x2 rot dargestellt. Um die Funktionswerte des grün dargestellten Graphen von g zu erhalten, werden die Funktionswerte von f(x) mit k=-1 multipliziert. Wie in der Abbildung zu erkennen ist, handelt es sich beim Graphen von g um eine Spiegelung an der x-Achse.












Spiegelung an der y-Achse

Nun betrachten wir den Fall g(x)=f(-x) am Beispiel f(x)=2x.

Spiegelung an der y-Achse neu.png






Im nebenstehenden Koordinatensystem ist der Graph von f rot dargestellt. Für den Graphen von g (grün dargestellt) gilt der Funktionsterm g(x)=2-x. Betrachtet man die beiden Graphen zusammen, so fällt auf, dass der Graph von g aus einer Spiegelung von f an der y-Achse entsteht.












Merke:

Der Graph von g mit g(x)=-f(x) geht aus dem Graphen von f durch eine Spiegelung an der x-Achse hervor.
Der Graph von g mit g(x)=f(-x) geht aus dem Graphen von f durch eine Spiegelung an der y-Achse hervor.

Hinweis: Bei einer Streckung beispielsweise um den Streckungsfaktor k=-2 entsteht der Graph von g aus einer Spiegelung an der x-Achse und anschließender Streckung um den Streckungsfaktor 2.



Wie sich der Graph einer Funktion verhält, wenn er an der x-Achse gespiegelt und dann in y-Richtung gestreckt wird, kannst du im untenstehenden Applet beobachten.

Beispielaufgaben

Aufgabe 1:

Zeichne in ein gemeinsames Koordinatensystem die Funktion f(x)=x3+2, sowie die Funktionen g(x)=2f(x) und h(x)=f(2x) (handschriftlich).


Aufgabe 2:

Gegeben ist die Funktion f(x)=2x3-x2+2x+1. Erstelle jeweils die neuen Funktionen nach den folgenden Anweisungen. Verwende zum Weiterrechnen jeweils den vorangegangenen Funktionsterm.

a) Streckung um den Faktor 3 in y-Richtung
b) Spiegelung an der x-Achse
c) Streckung um den Faktor 0,5 in x-Richtung
d) Streckung um den Faktor 0,25 in y-Richtung
e) Spiegelung an der y-Achse


Aufgabe 3:

Finde die passenden Paare.

Streckung in x-Richtung Spiegelung an der x-Achse Memory Streckung1neu.png Spiegelung an der y-Achse Memory Streckung4neu.png Memory Streckung2neu.png Memory Streckung3neu.png Streckung in y-Richtung



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