Mathematik verstehen 6, Schulbuch

64 4 EXPONENTIAL- UND LOGARITHMUSFUNKTIONEN Satz (Eigenschaften einer Exponentialfunktionen f mit f (x) = ​a x​) (1) Alle Funktionswerte sind positiv. (2) f (0) = 1, dh. der Graph geht durch den Punkt (0 1 1). (3) Die Funktion f ist – streng monoton steigend für a > 1 – streng monoton fallend für 0 < a < 1 – konstant für a = 1 (4) Für a ≠ 1 ist die x-Achse eine Asymptote des Graphen von f. (5) Die Graphen der Funktionen f und g mit f (x) = ​a x ​ und g (x) = ​( ​1 _ a ​) ​ x ​ liegen symmetrisch bezüglich der 2. Achse. BEWEIS (1) folgt aus den Definitionen von a​ x ​mit a * ℝ+. (2) f (0) = ​a 0 ​= 1 (3) • F ür a > 1 gilt: x​ 1 ​< ​x 2​ w ​​x 2​ – ​x 1 ​> 0 w ​​a ​x 2 ​– ​x 1​​ > 1 w ​ ​ ​a ​x 2​​ _ ​a ​x 1​​ ​ > 1 w ​​a ​x 1​​ < ​a ​x 2​ ​ w f (x 1) < f (x2) • Für 0 < a < 1 gilt: x​ 1 ​< ​x 2​ w ​​x 2​ – ​x 1 ​> 0 w ​​a ​x 2 ​– ​x 1​​ < 1 w ​ ​ ​a ​x 2​​ _ a​ ​x 1​​ ​ < 1 w ​​a ​x 1​​ > ​a ​x 2​ ​ w f (x 1) > f (x2) • F ür a = 1 gilt: f (x) = ​1 x ​= 1 (4) • F ür a > 1 ist f streng monoton steigend und für genügend kleines x ist a​ x ​kleiner als jede noch so kleine positive Zahl ε, denn es gilt: a​ x ​< ε É x · ​log 10a ⏟ > 0 ​< log10ε É x < ​ log10ε _ log10a ​ • F ür 0 < a < 1 ist f streng monoton fallend und für genügend großes x ist a​ x ​kleiner als jede noch so kleine positive Zahl ε, denn es gilt: a​ x ​< ε É x · ​log 10a ⏟ < 0 ​< log10ε É x > ​ log10ε _ log10a ​ (5) Für alle x * ℝ gilt: f (x) = ​a x ​= ​( ​ 1 _ a ​) ​ – x ​= g (– x)  Satz Für alle Exponentialfunktionen f und g der Form f (x) = c · ​a x ​bzw. g (x) = c · ​( ​1 _ a ​) ​ x ​mit c > 0 gelten die Eigenschaften (1), (3), (4) und (5) des vorigen Satzes unverändert, jedoch gilt statt (2): (2’) f (0) = c, dh. der Graph von f geht durch den Punkt (0 1 c). BEWEIS (1) Folgt aus den Definitionen von ax mit a * R+ und c > 0. (2’) f (0) = c · a0 = c · 1 = c (3) • F ür a > 1 gilt: x1 < x2 w a​ ​ x1 ​< ​a ​x2 ​(siehe Beweis oben); da c > 0 ist, gilt auch c · ​a​x1 ​<c·​a​x2​ w f (x 1) < f (x2) • Für 0 < a < 1 gilt: x1 < x2 w ​a ​ x1 ​> ​a ​x2 ​(siehe Beweis oben); da c > 0 ist, gilt auch c · ​a​x1 ​>c·​a​x2​ w f (x 1) > f (x2) • Für a =1 gilt: f(x) = c·1x = c Die Beweise zu (4) und (5) können analog zu entsprechenden Beweisen des vorherigen Satzes geführt werden.  Ó Applet 3w8f2w ( )1 2 x ( )1 3 x( )1 4 x 1x 4x 3x 2x – 1 1 0 10 5 x f(x) Ó Lernapplet 3wb5xm Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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