Nullstellen und Schnittstellen von Funktionen

Nullstellen und Schnittstellen von Funktionen

Zielsetzung:

Die Schüler:innen lernen, wie sie die Schnittpunkte zweier Funktionen rechnerisch bestimmen und graphisch überprüfen können. Außerdem bestimmen sie rechnersich die Nullstellen der beiden Funktionen. Dabei vertiefen sie ihr Verständnis für Gleichungen und funktionale Zusammenhänge.

Inhalte und Methoden:

  • Bestimmung von Schnittpunkten durch Gleichsetzen von Funktionsgleichungen
  • Bestimmung von Nullstellen durch Gleichsetzen von Funktionsgleichungen
  • Lösung der entstehenden Gleichungen
  • Darstellung der Funktionen und Schnittpunkte im Koordinatensystem
  • Kombination aus rechnerischer und graphischer Herangehensweise zur Überprüfung der Ergebnisse
  • Anwendung auf verschiedene Funktionstypen (z.B. lineare, quadratische, exponentielle, logarithmische Funktionen)

Kompetenzen:

  • Gleichungen lösen, Funktionen analysieren, Koordinatensystem nutzen
  • Verknüpfung von algebraischen und graphischen Lösungsansätzen

Zielgruppe und Niveau:

Die Aufgaben erfordern grundlegende Kenntnisse über Funktionen, Gleichungen und das Koordinatensystem.

Sekundarstufe I (Klasse 8–10): Einführung und Übung mit linearen und quadratischen Funktionen

Sekundarstufe II (Oberstufe): Erweiterung auf komplexere Funktionen (z. B. Exponential-, Logarithmus-, oder Polynomfunktionen)

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Target group and level

Sekundarstufe I (Klasse 8–10): Einführung und Übung mit linearen und quadratischen FunktionenSekundarstufe II (Oberstufe): Erweiterung auf komplexere Funktionen (z. B. Exponential-, Logarithmus-, oder Polynomfunktionen)

Subjects

Mathematics

Nullstellen und Schnittstellen von Funktionen

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Welche Kompetenzen werden auf diesem Blatt trainiert?

  1. Bestimmung von Schnittstellen und Nullstellen zweier Funktionen
  2. Lösen von Gleichungen durch Gleichsetzen zweier Funktionen.
  3. Zeichnen von Graphen und Punkten in ein Koordinatensystem
  4. Verständnis für funktionale Zusammenhänge durch visuelle Darstellung.
  5. Überprüfung der rechnerisch bestimmten Nullstellen durch graphische Darstellung.


1. Bestimme die Schnittpunkte der beiden Funktionen f(x)=3x2+5x5 f(x)= 3x² +5x -5 und g(x)=2x1 g(x)= 2x-1 .

Um die Schnittpunkte zu bestimmen, setzen wir die beiden Ausdrücke gleich:

3x2+5x5=2x1 3x^2 + 5x - 5 = 2x - 1

Nun bringen wir alles auf eine Seite:

3x2+5x52x+1=0 3x^2 + 5x - 5 - 2x + 1 = 0

3x2+3x4=0 3x^2 + 3x - 4 = 0

Die Lösungen der quadratischen Gleichung bestimmen wir mit der Mitternachtsformel:

x=3±3243(4)23 x = \frac{-3 \pm \sqrt{3^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-4)}}{2 \cdot 3}

x=3±9+486 x = \frac{-3 \pm \sqrt{9 + 48}}{6}

x=3±576 x = \frac{-3 \pm \sqrt{57}}{6}

Die zwei Lösungen für x x sind:

x1=3+576 x_1 = \frac{-3 + \sqrt{57}}{6}

x2=3576 x_2 = \frac{-3 - \sqrt{57}}{6}

Nun berechnen wir die zugehörigen y y -Werte, indem wir die Werte für x x in g(x) g(x) einsetzen:

y1=2(3+576)1=6+25761=5763 y_1 = 2\left(\frac{-3 + \sqrt{57}}{6}\right) - 1 = \frac{-6 + 2\sqrt{57}}{6} - 1 = \frac{\sqrt{57} - 6}{3}

y2=2(3576)1=625761=5763 y_2 = 2\left(\frac{-3 - \sqrt{57}}{6}\right) - 1 = \frac{-6 - 2\sqrt{57}}{6} - 1 = \frac{-\sqrt{57} - 6}{3}

Ergebnis:\textbf{Ergebnis:} Die Schnittpunkte sind

S1(3+576  5763)undS2(3576  5763). S1\left( \frac{-3 + \sqrt{57}}{6} \ \big|\ \frac{\sqrt{57} - 6}{3} \right) \quad \text{und} \quad S2\left( \frac{-3 - \sqrt{57}}{6} \ \big|\ \frac{-\sqrt{57} - 6}{3} \right).

2. Bestimme die Nullstellen der Funktion f(x)=3x2+5x5 f(x) = 3x² + 5x - 5 und g(x)=2x1 g(x) = 2x - 1

Um die Nullstellen zu bestimmen, setzen wir die quadratische Gleichung gleich Null:

3x2+5x5=0 3x^2 + 5x - 5 = 0

Anwenden der Mitternachtsformel:

x1,2=5±5243(5)23 x_{1,2} = \frac{-5 \pm \sqrt{5^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-5)}}{2 \cdot 3}

Berechnung der Diskriminante:

5243(5)=25+60=85 \sqrt{5^2 - 4 \cdot 3 \cdot (-5)} = \sqrt{25 + 60} = \sqrt{85}

Bestimmung der Lösungen:

x1,2=5±856 x_{1,2} = \frac{-5 \pm \sqrt{85}}{6}

Für die lineare Gleichung setzen wir sie gleich Null:

2x1=0 2x - 1 = 0

Lösen nach x x :

x=12 x = \frac{1}{2}

Ergebnis: Die Nullstellen sind:

N1(5+856, 0),N2(5856, 0),N3(12, 0) N1\left( \frac{-5 + \sqrt{85}}{6},\ 0 \right), \quad N2\left( \frac{-5 - \sqrt{85}}{6},\ 0 \right), \quad N_3\left( \frac{1}{2},\ 0 \right)

3. ✍️ Zeichne die Funktion f(x) und g(x) in ein Koordinatensystem und überprüfe so die ermittelten Schnittstellen und Nullstellen aus Aufgabe 1 und 2.