Scharen und Parameter

Families and parameters

Mathematik Klasse 12 18 Aufgaben
AnalysisFunktionenParameter

Eine Funktionenschar f_a ist eine Funktion mit einem zusätzlichen Buchstaben: Der Parameter a ist für jeden einzelnen Graphen eine feste Zahl, die Variable bleibt x. Jede Wahl von a liefert eine eigene Funktion; alle zusammen bilden die Schar. Der Abschnitt zeigt, wie ein Wert von a oder ein Punkt des Graphen die Funktion festlegt und wie die Stelle von a im Term (Summand, Faktor, Klammer) den Graphen verändert. Er räumt aus, dass a eine zweite Variable sei (Malle 1993). Er bereitet Nullstellen, Ableitung und Extrempunkte der Schar vor.

Ein Parameter, viele Graphen

Die Funktion kennst du. Wir bauen einen weiteren Buchstaben ein:

Das a heißt Parameter. Für ist , für ist : Jeder Wert von a gibt eine eigene Funktion, alle zusammen bilden die Funktionenschar .

Die Variable bleibt x. Der Parameter ist für einen Graphen eine feste Zahl; erst beim Wechsel zum nächsten Graphen darf sie sich ändern. Beim Punkt P mit gilt : Für liegt P bei −2, für bei 1.

Eine Schar ist also keine Funktion mit zwei Variablen, die man auf einmal zeichnet, sondern eine Familie von Funktionen: Man legt zuerst a fest und zeichnet dann. Erst dadurch bekommt jede Kurve eine eigene Gleichung, mit der man rechnen kann.

Ziehe am Regler für a. Was ändert sich am Graphen, was bleibt gleich, solange du a nicht anfasst?

Wo der Parameter steht

Die Stelle von a im Term entscheidet über die Wirkung. Als Summand in verschiebt a die Parabel um a nach oben. Als Faktor in streckt a sie; der Scheitel bleibt bei , bei wird sie zusätzlich gespiegelt. In der Klammer von verschiebt a den Scheitel nach , also nach rechts, obwohl ein Minus dasteht.

Ein Punkt des Graphen legt a fest: Liegt auf , gilt , also .

Zum Erkennen hilft eine Testfrage: Wandert der Scheitel? Dann steht a als Summand oder in der Klammer. Wird nur die Öffnung enger oder weiter? Dann steht a als Faktor. Vorsicht bei der Klammer: verschiebt nach rechts; erst bei geht es nach links.

Alle drei Parabeln nutzen dasselbe a. Welche wandert nach oben, welche wird steiler, welche wandert zur Seite?
Leicht
Multiple Choice #1 20s ▶ Testen

Der Graph von f_a(x) = x³ − 3a·x wird für a = 2 gezeichnet. Was bleibt entlang des ganzen Graphen unverändert?

  • ● a = 2
  • ○ x = 2
  • ○ der Funktionswert f_a(x)
Für einen Graphen ist a eine feste Zahl. Entlang des Graphen ändern sich x und der Funktionswert, nicht der Parameter a. x = 2 ist nur ein Punkt des Graphen, nicht seine Bauart.
Wahr / Falsch #2 15s ▶ Testen

Die Punkte (1 | −2) und (2 | 8) liegen auf demselben Graphen der Schar f_a(x) = x³ − 3a·x.

✓ Falsch
Aus f_a(1) = 1 − 3a = −2 folgt a = 1. Aus f_a(2) = 8 − 6a = 8 folgt a = 0. Zwei verschiedene Werte von a sind zwei verschiedene Graphen; ein Graph hat nur ein a.
Wahr / Falsch #3 15s ▶ Testen

Die Punkte (1 | −2) und (2 | 2) liegen auf demselben Graphen der Schar f_a(x) = x³ − 3a·x.

✓ Wahr
Aus f_a(1) = 1 − 3a = −2 folgt a = 1. Aus f_a(2) = 8 − 6a = 2 folgt ebenfalls a = 1. Beide Punkte gehören zum Graphen von f_1.
Multiple Choice #4 20s ▶ Testen

Welche Funktion gehört in der Schar f_a(x) = x³ − 3a·x zu a = 2?

  • ● f_2(x) = x³ − 6x
  • ○ f_2(x) = x³ − 3x + 2
  • ○ f_2(x) = 2x³ − 3x
Für a = 2 wird der Faktor 3a zu 6, also f_2(x) = x³ − 6x. a wird nicht addiert (x³ − 3x + 2) und steht nicht vor x³ (2x³ − 3x).
Multiple Choice #5 20s ▶ Testen

Die Abbildung zeigt einen Graphen der Schar f_a(x) = x³ − 3a·x mit dem Punkt P(1 | −5). Welchen Wert hat a?

  • ● a = 2
  • ○ a = −2
  • ○ a = 5/3
P einsetzen: f_a(1) = 1 − 3a = −5, also −3a = −6 und a = 2. Bei a = −2 wäre das Vorzeichen falsch (1 + 6 = 7), bei a = 5/3 fehlt der Summand 1.
Multiple Choice #6 20s ▶ Testen

Die Abbildung zeigt zwei Graphen der Schar f_a(x) = x³ − 3a·x, beschriftet mit ihrem a. Welchen Funktionswert hat der Graph zu a = 1 bei x = 3?

  • ● 18
  • ○ 27
  • ○ −9
f_1(3) = 27 − 9 = 18. Der Wert 27 gehört zum Graphen von a = 0 (f_0(3) = 27). Der Wert −9 entsteht, wenn der Summand x³ vergessen wird.
Wahr / Falsch #7 15s ▶ Testen

Der Punkt (2 | 8) liegt auf dem Graphen von f_1(x) = x³ − 3x.

✓ Falsch
f_1(2) = 8 − 6 = 2, nicht 8. Der Wert 8 ist x³ allein: Er gehört zum Graphen von f_0, nicht zu a = 1.
Multiple Choice #8 20s ▶ Testen

Die Parabel zu g_a(x) = x² + a wird für a = 3 statt für a = 0 gezeichnet. Was passiert mit dem Graphen?

  • ● Er wird um 3 nach oben verschoben.
  • ○ Er wird um 3 nach rechts verschoben.
  • ○ Er wird um den Faktor 3 gestreckt.
a steht als Summand: Jeder Funktionswert wird um a größer, der Scheitel liegt bei (0 | a). Eine Verschiebung nach rechts gehört zur Klammer, eine Streckung zum Faktor.
Multiple Choice #9 20s ▶ Testen

Die Abbildung zeigt die Parabel zu k_a(x) = (x − a)² für einen bestimmten Wert von a. Welchen Wert hat a?

  • ● a = 3
  • ○ a = −3
  • ○ a = 9
Der Scheitel liegt bei (3 | 0). Bei (x − a)² liegt er bei (a | 0), also ist a = 3. a = −3 wäre das Vorzeichen aus der Klammer, a = 9 der Wert bei x = 0.
Multiple Choice #10 20s ▶ Testen

Die Abbildung zeigt die Normalparabel und den Graphen von h_a(x) = a·x². Welchen Wert hat a?

  • ● a = 3
  • ○ a = 1/3
  • ○ a = −3
Bei x = 1 ist h_a(1) = a, und der Graph geht durch (1 | 3): a = 3. Ein Faktor a > 1 macht die Parabel steiler, a = 1/3 wäre flacher, a = −3 nach unten geöffnet.
Wahr / Falsch #11 15s ▶ Testen

Die Abbildung zeigt den Graphen von h_a(x) = a·x² für ein a. Es gilt a < 0.

✓ Wahr
Bei a < 0 sind alle Funktionswerte a·x² ≤ 0, der Graph ist nach unten geöffnet. Hier liegt der Graph unter der x-Achse: a < 0.
Mittel
Lückentext #1 20s ▶ Testen

In f_a(x) = x³ − 3a·x ist der Buchstabe ___ die Variable, die entlang des Graphen läuft.

✓ Antwort: x
Die Variable ist x. a ist der Parameter und bleibt für einen Graphen fest.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Berechne f_3(2) für die Schar f_a(x) = x³ − 3a·x.

✓ Antwort: -10
Für a = 3 ist f_3(x) = x³ − 9x. f_3(2) = 8 − 18 = −10.
Zahleneingabe #3 25s ▶ Testen

Der Scheitel von g_a(x) = x² + a liegt bei (0 | y). Wie groß ist y für a = −5?

✓ Antwort: -5
Bei x = 0 ist g_a(0) = a, also y = −5. Der Scheitel liegt fünf Einheiten unter dem Ursprung.
Schwer
Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

In f_a(x) = x³ − 3a·x setzt man zuerst x = 2 ein und erhält f_a(2) = 8 − 6a. Berechne f_a(2) für a = 1,5.

✓ Antwort: -1
f_a(2) = 8 − 6 · 1,5 = 8 − 9 = −1. Bei festem x = 2 hängt der Wert nur noch von a ab.
Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Der Graph von f_a(x) = x³ − 3a·x geht durch P(−1 | 5). Berechne a.

✓ Antwort: 2
P einsetzen: f_a(−1) = −1 + 3a = 5, also 3a = 6 und a = 2. Beim Einsetzen von −1 wechselt das Vorzeichen des Terms −3a·x.
KI-bewertete Rechnung #3 240s ▶ Testen

Der Graph der Schar f_a(x) = x³ − 3a·x geht durch Q(3 | 18). Bestimme a, gib die zugehörige Funktion f_a an und prüfe durch Einsetzen von Q. Schreibe deine Rechnung auf Papier und fotografiere sie.

✓ Antwort: Q einsetzen: f_a(3) = 27 − 9a = 18, also 9a = 9 und a = 1. Die Funktion ist f_1(x) = x³ − 3x. Probe: f_1(3) = 27 − 9 = 18.
Ein Punkt des Graphen legt a fest: Man setzt x = 3 und y = 18 in f_a ein und löst die Gleichung 27 − 9a = 18 nach a.
Zahleneingabe #4 25s ▶ Testen

Der Punkt (3 | 18) liegt auf dem Graphen von h_a(x) = a·x². Berechne a.

✓ Antwort: 2
Einsetzen: a · 3² = 18, also 9a = 18 und a = 2.