Zylinder Pyramide Kegel/Einführungstests zu bekannten Inhalten

Aus den vorherigen Lerneinheiten kennst du die Eigenschaften der einzelnen Parameter.

Du weißt zum einen, dass der Vorfaktor a für eine Streckung, Stauchung und Spiegelung der Parabel verantwortlich ist und zum anderen, dass die Parameter y_s und x_s eine Verschiebung der Parabel in der Ebene bewirken. Wir wollen im Folgenden diese Eigenschaften zusammen mit der Scheitelpunkts- und Normalform betrachten.

Als erstes beginnen wir mit der Scheitelpunktsform und dem Parameter a.

STATION 1: Die Scheitelpunktsform und der Parameter a

Quadratische Funktion f(x)$=$a(x - xs)2 + ys

Hinweise, Aufgabe und Lückentext:

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Aufgabe: Versuche mit Hilfe der Geogebraanwendung links den Lückentext zu lösen. Bediene dafür die Schieberegler a, ys und xs, um dir die Eigenschaften der einzelnen Parameter wieder ins Gedächtnis zu holen. Ziehe mit gehaltener, linker Maustaste, das passende Puzzleteil, in die freien Felder. Lückentext! - Ordne die richtigen Begriffe zu: Die Scheitelpunktsform mit dem Paramter a besitzt die Gleichung y = a[x - xs]2 + ys. Die allgemeine Scheitelpunktsform wird dabei um den Parameter a erweitert. Dadurch kommt neben der Verschiebung der Parabel noch die Streckung, Stauchung und Spiegelung dazu. Ferner gilt festzuhalten, dass sowohl die Verschiebung in der Ebene als auch die Veränderung durch den Vorfaktor a unabhängig voneinander betrachtet werden.

Um die wichtigsten Eigenschaften aller Parameter zu wiederholen, lies das folgende Merke und überprüfe, ob dir alle Eigenschaften klar sind.

Merke

Für die quadratische Funktion f(x)$=$a(x - x_s)² + y_s gilt:

• Für den Parameter a gilt:
  • Der Parameter a sorgt für eine Streckung, Stauchung und/oder Spiegelung der Parabel
  • Für a > 1 ist der Graph gestreckt und nach oben geöffnet
  • Für 0 < a < 1 ist der Graph gestaucht und nach oben geöffnet
  • Für a < -1 ist der Graph gestreckt und nach unten geöffnet
  • Für 0 > a > -1 ist der Graph gestaucht und nach unten geöffnet

• Für den Parameter x_s gilt:
  • Der Parameter x_s sorgt für eine Verschiebung entlang der x-Achse
  • Für x_s > 0 gilt: Verschiebung nach rechts
  • Für x_s < 0 gilt: Verschiebung nach links

• Für den Parameter y_s gilt:
  • Der Parameter y_s sorgt für eine Verschiebung auf der y-Achse
  • Für y_s > 0 gilt: Verschiebung nach oben
  • Für y_s < 0 gilt: Verschiebung nach unten

Nachdem du nun dein Wissen aufgefrischt hast, kann auch gleich geübt werden!

STATION 2: Aufgaben zu "f(x) $=$ a(x - x_s)² + y_s"

1. Aufgabe:

Du siehst hier ein paar Graphen und ein paar Funktionsvorschriften der Form f(x) $=$ a(x - x_s)² + y_s. Versuche jeweils die richtigen Pärchen zu finden.

y = [x - 2,5]2 - 1,5		y = -4[x + 2]2 + 1		y = [x + 3,5]2		y = 5[x + 2,5]2 + 2		y = 2[x - 4]2 - 3

Ich nehme an, dass war kein Problem für dich, da man nicht unbedingt den Vorfaktor a bestimmen musste, um die Aufgabe zu lösen.

Jetzt wollen wir das Ganze ein wenig erschweren!

Kannst du dich noch erinnern, wie man den Vorfaktor a bestimmt?

2. Aufgabe:

Finde zu den vorgegebenen Graphen die Funktionsvorschrift!

Falls du nicht genau weißt wie du vorgehen sollst, öffne die anschließende Hilfe!

Tipp! Die Vorgehensweise ist die selbe wie bei "f(x) = ax²".

Nach dem Bild wird dein Ergebnis abgefragt.

Hilfe:
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Wie ist dein Ergebnis:

a] Wie lautet die richtige Funktionsgleichung für den Graph? (!y $=$ 1[x - 4]² - 3 ) (!y $=$ 3[x – 4]² + 3 ) (y $=$ 2[x – 4]² - 3 )

b] Wie lautet die richtige Funktionsgleichung für den Graph? (!y =$=$ -2[x + 2]² + 1) (y = $=$ -4[x + 2]² + 1) (!y $=$ -0,5[x + 2]² + 1)

3. Aufgabe - Multiple Choice:

Betrachte die Funktionsvorschriften genau und kreuze die richtigen Aussagen an. Achtung! Es können auch mehrere Antworten richtig sein!

f(x) $=$ -2x² + 5 (!Die Parabel ist nach oben geöffnet)(Die Parabel ist nach unten geöffnet)(Die Parabel hat den höchsten Punkt bei [0, 5]) (Die Parabel ist gestreckt) (!Die Parabel ist gestaucht) (!Die Parabel ist um 2 Einheiten nach links verschoben)

f(x) $=$ (x - 3)² - 2 (!Die Parabel ist gestaucht)(Die Parabel hat den tiefsten Punkt bei [0, -2])(Die Parabel verläuft durch den Punkt [0, 7]) (!Die Parabel ist um 3 Einheiten nach links verschoben) (Die Parabel ist kongruent zur Normalparabel) (Die Parabel ist um 3 Einheiten nach rechts verschoben)

f(x) $=$ 6 + 2 (x + 2)² (!Die Parabel ist nach unten geöffnet)(!Die Parabel wurde um 2 Einheiten nach rechts verschoben)(Die Parabel ist nach oben geöffnet ) (Die Parabel wurde um 2 Einheiten nach links verschoben) (!Die Parabel ist gestaucht) (Die Parabel ist gestreckt)

Die Parabel ist um 2 Einheiten nach links und um 4 Einheiten nach oben verschoben. Außerdem ist sie gestreckt (!y $=$ 4 [x - 2]² - 4)(!y $=$ 0,2 [x - 2]² + 4)(!y $=$ 2 [x - 2]² + 4)(y $=$ 3 [x + 2]² + 4)(!y $=$ 0,5 [x + 2]² - 4)(!y $=$ 5 [x + 2]² - 4)(!y $=$ 0,8 [x - 2]² + 4)(y $=$ 1,77 [x + 2]² + 4)

4. Aufgabe - KNIFFELAUFGABE:

Welche der folgenden Funktionsvorschriften hat eine Nullstelle? Achtung! Die Aufgabe ist nur durch logisches Denken zu lösen, es ist keine Rechnung erforderlich! (y $=$ 2 [x – 3]² - 2) (!y $=$ 2 [x + 5]² + 1 ) (y $=$ - [x + 1]² + 2) (!y $=$ -3 [x – 1]² -1)

Hilfe:
Falls du Hilfe brauchst, kannst du dir hier einen Tipp holen!
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Lösung:

Die richtigen Lösungen sind y $=$ 2 [x – 3]² - 2 und y $=$ - [x + 1]² + 2, deren Graphen farbig hervorgehoben sind.
Wie du in der Grafik erkennen kannst, kommt es nur auf den Parameter y_s und den Vorfaktor a an.
Ist der Vorfaktor a positiv und der Parameter y_s zugleich negativ, so liegt der Scheitelpunkt der Parabel unterhalb der x-Achse.
Da die Parabel durch den positiven Vorfaktor a nach oben geöffnet ist, muss es Nullstellen geben.
Genau umgekehrt verhält es sich für den Fall, dass der Vorfaktor a negativ und der Parameter y_s positiv ist.

STATION 3: Die Normalform und der Parameter a

Auch bei der Normalform ändert sich nicht viel, wenn der Parameter a dazukommt.

Wieder kommt es darauf an, die Normal- in die Scheitelpunktsform und die Scheitelpunkts- in die Normalform umzuformen.

Von der Scheitelpunktsform zur Normalform:

Da es sich genauso verhält wie im Lernpfad "Die Normalform f(x) $=$ x² + bx + c" gezeigt, wirst du die Umformung wieder selbst vornehmen.

Aufgabe:

Du hast die Scheitelpunktsform f(x) $=$ 2(x - 3)² - 4 gegeben. Diese Form soll nun durch ausmultiplizieren und zusammenfassen der Terme
auf die Form f(x) $=$ ax² + bx + c gebracht werden.

Du hast die einzelnen Terme vorgegeben, bring sie in die richtige Reihenfolge!

1.	y$=$	a[x - xs]2 + ys
2.	y$=$	2[x - 3]2 - 4
3.	y$=$	2[x2 - 6x + 9] - 4
4.	y$=$	2x2 - 12x + 14
5.	y$=$	ax2 + bx + c

Merke

Die Normalform f(x) $=$ ax² + bx + c entsteht aus der Scheitelpunktsform f(x) $=$ a(x - x_s)² + y_s durch ausmultiplizieren und zusammenfassen der Terme.

Betrachten wir nun die andere Richtung.

Von der Normal- zur Scheitelpunktsform:

Diese Umformung funktioniert genauso wie das im Lernpfad "Die Normalform f(x) $=$ x² + bx + c" gezeigte Verfahren. Mittels quadratischer Ergänzung gelangt man zur Scheitelpunktsform.

Zur Wiederholung klicke dich durch die folgende Anleitung:

1. Schritt: Gegeben ist die Parabel p
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2. Schritt: Faktor ausklammern
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3. Schritt: Quadratische Ergänzung
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4. Schritt: Binom erzeugen
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5. Schritt: Äußere Klammer auflösen
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6. Schritt: Scheitelkoordinaten
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Um das ein wenig einzuüben löse die folgende Aufgabe!

Aufgabe: Zuordnung - Gruppe

Nimm dir ausnahmsweise mal ein Blatt zur Hand und stell zu den vorgegebenen quadratischen Funktionen die Scheitelpunktsform auf und ordne anschließend die entsprechenden Scheitelpunktsformen, Scheitelkoordinaten und Graphen den Funktionsgleichungen zu.

f(x)$=$ 2x2 + 12x + 14	f(x)$=$ 2(x + 3)2 - 4	$S(-3\!\,|\!\,-4)$
f(x)$=$ -3x2 + 24x -41	f(x)$=$ -3(x - 4)2 + 7	$S(4\!\,|\!\,7)$
f(x)$=$ x2 - 2x - 2	f(x)$=$ (x - 1)2 - 3	$S(1\!\,|\!\,-3)$

Lösung:
Falls du Probleme mit der quadratischen Ergänzung hattest, kannst du sie dir hier anschauen!

     f(x) $=$ 2x2 + 12x + 14
          $=$ 2 [x2 + 6x] + 14 
          $=$ 2 [x2 + 6x + 32 - 32] + 14
          $=$ 2 [(x + 3)2 - 32] + 14 
          $=$ 2 (x + 3)2 - 2(32) + 14
          $=$ 2 (x + 3)2 - 18 + 14 
          $=$ 2 (x + 3)2 - 4 

     f(x) $=$ -3x2 + 24x - 41
          $=$ -3 [x2 - 8x] - 41 
          $=$ -3 [x2 - 8x + 42 - 42] - 41
          $=$ -3 [(x - 4)2 - 42] - 41 
          $=$ -3 (x - 4)2 -[-3(-42)] - 41
          $=$ -3 (x - 4)2 + 48 - 41 
          $=$ -3 (x - 4)2 + 7

     f(x) $=$ x2 - 2x - 2
          $=$ (x - 1)2 - 12 - 2 
          $=$ (x - 1)2 - 3 

Jetzt kennst und kannst du wirklich alles zur quadratischen Funktion. Stelle dein Wissen in der vierten und letzten Station unter Beweis. Hier wird noch mal alles zuvor Erlernte in vermischten Aufgaben abgefragt. Viel Erfolg!

STATION 4: Vermischte Aufgaben zur quadratischen Funktion

1. Aufgabe: Schüttelrätsel

Finde die unverdrehte Lösung zu den verdrehten Wörtern!

Du kannst deine Ergebnisse erst überprüfen, wenn alle Felder ausgefüllt sind!

Eine Funktion der Form f(x) = ax² + bx + c nennt man quadratische Funktion.

Durch Umformen mit Hilfe der quadratischen Ergänzung erhält man die Scheitelpunktsform f(x) = a(x - x_s)² + y_s.

An der Scheitelpunktsform kann man die Koordinaten für den Scheitelpunkt ablesen.

Der Scheitelpunkt gibt dabei den höchsten oder tiefsten Punkt der Parabel an.

Hat die Parabel einen höchsten Punkt, so ist sie nach unten geöffnet und der Parameter a ist negativ.

Ist der Vorfaktor hingegen positiv, dann besitzt die Parabel einen tiefsten Punkt und die Parabel ist nach oben geöffnet.

Außerdem bewirkt der Parameter a eine Streckung, Stauchung, und oder eine "Spiegelung" der Parabel.

Nimmt der Vorfaktor einen Wert zwischen -1 und +1 an, so wird die Parabel gestaucht.

Ist hingegen der Vorfaktor a kleiner -1 oder größer +1, so wird die Parabel gestreckt.

Neben der Streckung und Stauchung der Parabel durch den Parameter a, existieren noch die Parameter x_s und y_s, die für eine Verschiebung der Parabel in der Ebene verantwortlich sind.

Für y_s > 0 wird die Parabel nach oben verschoben und für y_s < 0 nach unten.

Ähnlich verhält es sich mit dem Parameter x_s, der für eine Verschiebung der Parabel in x-Richtung sorgt.

Hier wird für x_s > 0 nach rechts und für x_s < 0 nach links verschoben.

2. Aufgabe: KNIFFELAUFGABE

Gegeben ist die Funktion f(x) = 0,5x² - x - 2,5

In welchem Punkt schneidet die Parabel die y-Achse und wie bestimmt man diesen Punkt? (!Man kann die Koordinaten nur mittels quadratischer Ergänzung bestimmen) (Schnittpunkt mit y-Achse: [0; -2,5]) (Durch Einsetzen des bekannten x-Wertes bestimmt man den y-Wert) (!Schnittpunkt mit y-Achse: [1; 2,5])

Tipp!
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Hilfe:
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Erklärung:
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3. Aufgabe: Multiple Choice

Finde die richtigen Lösungen! Es können auch mehrere Antworten möglich sein!

Für die Funktion f(x) $=$ x² + 2 gilt: (Die Parabel schneidet die y-Achse)(!Die Parabel schneidet die x-Achse)(Die Parabel hat den Scheitelpunkt [0, 2]) (!Die Parabel hat den Scheitelpunkt [2, 0]) (!Der Scheitelpunkt, ist der Punkt, an dem die Parabel die x-Achse schneidet)

Diese Funktion ist keine quadratische Funktion: (!y $=$ [x - 2]²)(!y $=$ 2x² + 3 - 5x)(y $=$ 2x³ + 2x + 3) (y $=$ 8 + 2x) (!y $=$ [x + 3][x - 3])

Für die Funktion f(x) $=$ 2x² + 2x gilt: (Die Parabel geht durch den Koordinatenursprung)(!Die Parabel ist nach unten geöffnet)(Die Parabel ist nach oben geöffnet) (Die Parabel ist gestreckt)

Für den Graph der Funktion f(x) $=$ -2 [x + 3]² - 2 gilt: (Der Graph geht nicht durch den Koordinatenursprung)(Der Graph ist identisch mit y $=$ -2x² -12x -20)(!Der Graph ist eine verschobene Normalparabel) (!Der Graph ist nach oben geöffnet)

Welche der folgenden Parabeln hat den Scheitelpunkt S(3, -2)? (!y $=$ 2x² + 3x + 3) (y $=$ -3[x - 3]² - 2) (y $=$ 5[x - 3]² - 2) (!y $=$ 12 [x + 3] - 2)

Wenn die Parabel die x-Achse nicht schneidet, dann gilt: (!Die Parabel ist nach oben geöffnet) (Die Parabel ist nach unten geöffnet und der Parameter y_s ist negativ) (y $=$ 2[x - 5]² + 2) (!y $=$ [x + 6]² - 1)

Spitze!

Nun kennst du die "Quadratische Funktion"!!!