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Beispiele quadratische Funktionen: Anwendung und Lösungen

Lukas Fuchs vor 2 Monaten in  Bildung 3 Minuten Lesedauer

Quadratische Funktionen sind ein zentrales Thema in der Mathematik, insbesondere in der Algebra und Analysis. In diesem Artikel werden wir verschiedene Beispiele quadratischer Funktionen durchgehen und deren Eigenschaften sowie Anwendungen in der Praxis analysieren.

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Was sind quadratische Funktionen?

Quadratische Funktionen sind Polynome zweiten Grades, die in der Form f(x) = ax² + bx + c geschrieben werden, wobei a, b und c Konstanten sind und a ≠ 0. Diese Funktionen haben eine charakteristische parabelartige Form, die entweder nach oben oder nach unten geöffnet ist, je nach Vorzeichen von a.

Beispiele quadratischer Funktionen

1. Beispiel: Einfache quadratische Funktion

Betrachten wir die Funktion f(x) = 2x² - 4x + 1. Hier sind a = 2, b = -4 und c = 1. Um die Eigenschaften dieser Funktion besser zu verstehen, können wir den Scheitelpunkt und die Nullstellen berechnen.

Berechnung des Scheitelpunkts

Der Scheitelpunkt einer quadratischen Funktion kann mit der Formel x_s = -b/(2a) gefunden werden. Für unser Beispiel ergibt sich:

x_s = -(-4)/(2*2) = 4/4 = 1

Um den y-Wert des Scheitelpunkts zu finden, setzen wir x_s in die Funktion ein:

f(1) = 2(1)² - 4(1) + 1 = 2 - 4 + 1 = -1

Der Scheitelpunkt liegt also bei (1, -1).

Berechnung der Nullstellen

Die Nullstellen können mit der Mitternachtsformel oder durch Faktorisierung gefunden werden. In unserem Beispiel können wir die Gleichung 2x² - 4x + 1 = 0 lösen:

x = (-(-4) ± √((-4)² - 4*2*1))/(2*2)

Dies vereinfacht sich zu:

x = (4 ± √(16 - 8))/4 = (4 ± √8)/4 = (4 ± 2√2)/4 = 1 ± √2/2

Die Nullstellen sind 1 + √2/2 und 1 - √2/2.

2. Beispiel: Quadratische Funktion mit einer negativen Öffnung

Betrachten wir die Funktion f(x) = -x² + 4x - 3. Hier haben wir a = -1, b = 4 und c = -3.

Berechnung des Scheitelpunkts

Wieder nutzen wir die Scheitelpunktformel:

x_s = -4/(2 * -1) = 2

Der y-Wert ergibt sich wiederum durch Einsetzen:

f(2) = -2² + 4*2 - 3 = -4 + 8 - 3 = 1

Der Scheitelpunkt liegt also bei (2, 1).

Berechnung der Nullstellen

Um die Nullstellen zu finden, setzen wir -x² + 4x - 3 = 0 und nutzen die Mitternachtsformel:

x = (4 ± √(16 - 12))/(-2)

Dies vereinfacht sich zu:

x = (4 ± √4)/(-2) = (4 ± 2)/(-2)

Die Nullstellen sind thus x_1 = 6/(-2) = -3 und x_2 = 2/(-2) = -1.

3. Beispiel: Quadratische Funktion ohne reelle Nullstellen

Eine interessante Eigenschaft quadratischer Funktionen ist, dass sie auch keine reellen Nullstellen haben können. Zum Beispiel f(x) = x² + 4. Hier ist a = 1, b = 0 und c = 4.

Berechnung des Scheitelpunkts

Wir finden den Scheitelpunkt wie folgt:

x_s = 0/(2*1) = 0

Einsetzen gibt uns den y-Wert:

f(0) = 0² + 4 = 4

Der Scheitelpunkt ist also bei (0, 4).

Berechnung der Nullstellen

Wenn wir die Gleichung x² + 4 = 0 betrachten, sehen wir, dass die Diskriminante negativ ist:

D = 0² - 4*1*4 = -16

Daher hat diese Funktion keine reellen Nullstellen.

Anwendungen quadratischer Funktionen

Quadratische Funktionen kommen in vielen realen Anwendungen vor, z.B. in der Physik, beim Werfen von Projektilen oder bei der Berechnung von Optimierungsproblemen in der Wirtschaft. Die Beispiele oben verdeutlichen nur einige der Methoden zur Analyse dieser Funktionen. Ein fundiertes Verständnis von quadratischen Gleichungen hilft, diese und andere Konzepte in der Mathematik und den Naturwissenschaften zu meistern.

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