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Graphen verketteter Funktionen und geometrische Bilder von Gleichungen

Eine Änderung in der Klammer verschiebt den Graphen zur Seite; eine Änderung außen verschiebt ihn nach oben oder unten oder spiegelt ihn. |f(x)| klappt den Teil unter der x-Achse nach oben, und f(|x|) kopiert die rechte Hälfte nach links. Auch eine Gleichung in x und y zeichnet ein Bild, zum Beispiel einen Kreis oder eine Raute. Sie ist nur dann der Graph einer Funktion, wenn jede senkrechte Gerade sie genau einmal schneidet.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Starte mit y = x². Bewege den Punkt: Zu jedem x gibt es nur ein y. Genau das macht den Graphen zu einer Funktion.
  2. Setze x − 2 in die Klammer: y = (x − 2)². Der graue Geist ist der alte Graph. Die ganze Kurve rutscht 2 Schritte nach rechts.
  3. Packe alles in |·|: y = |x² − 2|. Der Teil unter der x-Achse klappt nach oben wie ein Pfannkuchen.
  4. Setze |x| hinein: y = (|x| − 1)². Die rechte Hälfte bleibt und wird wie in einem Spiegel nach links kopiert.
  5. Auch Gleichungen zeichnen Formen. |x| + |y| = 2 ergibt eine Raute mit Ecken bei 2 auf jeder Achse. Schiebe r, damit sie wächst.
  6. Freies Spiel. Wähle den Kreis oder die liegende Parabel. Eine senkrechte Gerade schneidet beide zweimal, also sind sie keine Funktionsgraphen.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Was heißt "zu jedem x ein y"?

Zeichne bei einem beliebigen x eine senkrechte Gerade. Wenn sie die Kurve einmal schneidet, ist die Kurve ein Funktionsgraph. Der Punkt auf y = x² hat immer nur ein y.

Warum geht (x − 2)² nach rechts, obwohl ein Minus dasteht?

Der tiefste Punkt braucht x − 2 = 0, also x = 2. Der Scheitel ist nach x = 2 gewandert, und das liegt rechts.

Warum klappt der Teil unter der Achse nach oben?

Der Betrag entfernt das Minuszeichen. Eine negative Höhe wird zu einer positiven Höhe derselben Größe.

Warum ist f(|x|) immer symmetrisch?

|x| und |−x| sind dieselbe Zahl, also geben x und −x dasselbe y. Die linke Seite ist ein Spiegelbild der rechten.

Warum ist |x| + |y| = 2 eine Raute und kein Kreis?

Im ersten Quadranten ist es x + y = 2, eine gerade Linie. Die vier Quadranten ergeben vier gerade Seiten.

Ist ein Kreis überhaupt keine Funktion?

Der ganze Kreis ist kein Funktionsgraph, aber seine obere Hälfte y = √(r² − x²) ist einer.

Verkettete Funktionen: innen und außen

Eine verkettete Funktion f(g(x)) heißt: Erst g rechnen, dann das Ergebnis in f einsetzen. Wenn f(x) = x² und g(x) = x − 2, dann ist f(g(x)) = (x − 2)². In der anderen Reihenfolge erhält man g(f(x)) = x² − 2, und das ist ein anderer Graph.

Kurze Regeln für den Graphen von y = f(x):

Alle Verschiebungen und Spiegelungen haben eine eigene Lektion: Transformationen von Funktionen.

Betrag im Graphen: |f(x)| und f(|x|)

Der Betrag |a| ist die Größe von a ohne Vorzeichen: |−3| = 3.

|f(x)| (außen): Zeichne y = f(x). Behalte die Teile auf oder über der x-Achse. Klappe die Teile darunter nach oben (Spiegelung an der x-Achse). Das Ergebnis geht nie unter null.

f(|x|) (innen): Zeichne y = f(x) nur für x ≥ 0. Wirf die linke Seite weg und ersetze sie durch eine Spiegelkopie der rechten Seite. Das Ergebnis ist symmetrisch zur y-Achse (eine gerade Funktion).

Beispiel: y = |x² − 2| hat Nullstellen bei ±√2 und einen Höchstwert 2 bei x = 0. y = (|x| − 1)² hat Nullstellen bei ±1 und y = 1 bei x = 0.

Geometrisches Bild einer Gleichung

Das geometrische Bild (der Graph) einer Gleichung in x und y ist die Menge aller Punkte (x, y), für die sie stimmt.

Tipp: Um |x| + |y| = r zu zeichnen, zeichne x + y = r nur im ersten Quadranten (x, y ≥ 0) und spiegle es dann in die anderen drei Quadranten.

Vertikaltest: Wenn eine senkrechte Gerade das Bild zweimal trifft, hat ein x zwei y-Werte, also ist es nicht der Graph einer Funktion. Der Kreis und y² = x fallen durch; y = x² und y = |x| bestehen.

Ein Plan zum Skizzieren

  1. Finde den Definitionsbereich (welche x erlaubt sind).
  2. Markiere die Achsenschnittpunkte (wo der Graph die Achsen schneidet).
  3. Prüfe die Symmetrie (gerade: Spiegelbild an der y-Achse).
  4. Zeichne ein paar wichtige Punkte und verbinde sie glatt.

Graphen zählen auch Lösungen: Wie oft sich y = f(x) und y = g(x) treffen, so viele Lösungen hat f(x) = g(x).

Probier es aus: erst vorhersagen, dann prüfen

Wähle auf der 3D-Tafel y = (x − h)². Rate, wo der tiefste Punkt bei h = 3 liegt, und schiebe dann h auf 3. Wähle |x| + |y| = r und rate den Flächeninhalt für r = 3 (Antwort 18). Zu Hause: Falte ein Papier in der Mitte, zeichne auf eine Seite die halbe Form eines Herzens, schneide entlang der Linie und klappe es auf. Die Falte ist deine y-Achse, und du hast gerade f(|x|) gemacht.

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. f(x) = x², g(x) = x − 2. Bestimme f(g(x)) und g(f(x)).

f(g(x)) = (x − 2)² : die Parabel x² um 2 nach rechts verschoben, tiefster Punkt (2, 0). g(f(x)) = x² − 2 : die Parabel um 2 nach unten verschoben, tiefster Punkt (0, −2). Sie sind verschieden.

2. Skizziere y = |x² − 2|. Gib die Nullstellen und den y-Achsenabschnitt an.

Zeichne zuerst x² − 2 (tiefster Punkt (0, −2), Nullstellen ±√2 ≈ ±1.41). Klappe die Mulde zwischen den Nullstellen nach oben: Der Punkt (0, −2) wird zu (0, 2). Nullstellen ±√2, y-Achsenabschnitt 2.

3. Skizziere y = (|x| − 1)².

Für x ≥ 0 ist es (x − 1)²: tiefster Punkt (1, 0), und bei x = 0 ist der Wert 1. Spiegle nach links: Nullstellen bei x = ±1, y-Achsenabschnitt 1, ein kleiner Buckel bei (0, 1) wie der Buchstabe W.

4. Zeichne |x| + |y| = 2 und bestimme den Flächeninhalt.

Ecken bei (2, 0), (0, 2), (−2, 0), (0, −2). Es ist ein Quadrat mit Diagonalen der Länge 4. Flächeninhalt = ½ × 4 × 4 = 8 (auch 2r² = 2 × 4 = 8).

5. Bestimme auf dem Kreis x² + y² = 9 den Wert y für x = 2.

4 + y² = 9, also y² = 5, y = ±√5 ≈ ±2.24. Zwei Punkte: einer auf der oberen Hälfte, einer auf der unteren.

6. Ist der Graph von y² = x der Graph einer Funktion y = f(x)?

Nein. Die senkrechte Gerade x = 4 schneidet ihn bei y = 2 und y = −2: ein x, zwei y. Es sind zwei Funktionsgraphen zusammen: y = √x (oben) und y = −√x (unten).

7. Wie viele Lösungen hat (x − 2)² = |x|?

Zeichne y = (x − 2)² und y = |x|. Für x ≥ 0: x² − 4x + 4 = x ergibt x² − 5x + 4 = 0, also x = 1 oder 4. Für x < 0: x² − 3x + 4 = 0 hat D = 9 − 16 < 0, also keine. Es gibt 2 Lösungen. Der Graph zeigt dasselbe: zwei Schnittpunkte rechts.

8. f(x) = √x und g(x) = x² − 4. Bestimme den Definitionsbereich von f(g(x)).

f(g(x)) = √(x² − 4). Es muss x² − 4 ≥ 0 gelten, also x ≤ −2 oder x ≥ 2. Der Graph hat zwei getrennte Äste: einer beginnt bei (2, 0) und geht nach rechts, einer beginnt bei (−2, 0) und geht nach links.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Der Graph von y = (x − 3)² entsteht aus y = x² durch Verschieben um:
2. |f(x)| macht mit dem Teil unter der x-Achse Folgendes:
3. x² + y² = 25 ist ein Kreis mit dem Radius:
4. Die Form von |x| + |y| = 3 ist eine:
5. Der Graph von f(|x|) ist immer symmetrisch zur:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine verkettete Funktion?

Eine Funktion, bei der das Ergebnis einer Funktion in eine andere eingesetzt wird, geschrieben f(g(x)).

Wie zeichne ich den Graphen einer Betragsfunktion?

Zeichne zuerst den normalen Graphen. Für |f(x)| klappe den negativen Teil nach oben. Für f(|x|) kopiere die rechte Hälfte nach links.

Was ist der Vertikaltest?

Wenn jede senkrechte Gerade eine Kurve höchstens einmal schneidet, ist die Kurve der Graph einer Funktion.

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