Klasse 11 – Grundlagen

Aufbauend auf Klasse 10.

Eigenschaften von Funktionen

Grenzwerte:

limx→x0f(x)=c(linksseitig und rechtsseitig)\lim_{x \to x_0} f(x) = c \quad \text{(linksseitig und rechtsseitig)}

Eine Funktion ist stetig in x0x_0, wenn lim⁡x→x0f(x)=f(x0)\lim_{x \to x_0} f(x) = f(x_0).

Symmetrie (Wiederholung): - f(−x)=f(x)f(-x) = f(x): achsensymmetrisch zur yy-Achse (gerade Funktion) - f(−x)=−f(x)f(-x) = -f(x): punktsymmetrisch zum Ursprung (ungerade Funktion)

Verschiebung und Streckung:

g(x)=f(x−c)+d(Verschiebung)g(x)=a⋅f(b⋅x)(Streckung)g(x) = f(x - c) + d \quad \text{(Verschiebung)} \qquad g(x) = a \cdot f(b \cdot x) \quad \text{(Streckung)}


Gebrochen-rationale Funktionen

f(x)=p(x)q(x),q(x)≠0f(x) = \frac{p(x)}{q(x)}, \quad q(x) \neq 0

Definitionsmenge: ℝ\mathbb{R} ohne Nullstellen von q(x)q(x).

Polstelle bei x0x_0: q(x0)=0q(x_0) = 0 und p(x0)≠0p(x_0) \neq 0 → |f(x)|→∞|f(x)| \to \infty

Lücke (hebbare Definitionslücke): p(x0)=0p(x_0) = 0 und q(x0)=0q(x_0) = 0 → kürzen möglich.

Verhalten für x→±∞x \to \pm\infty: bestimmt durch Verhältnis der Leitkoeffizienten; bei gleichem Grad Quotient der führenden Koeffizienten.


Bedingte Wahrscheinlichkeit

P(A∣B)=P(A∩B)P(B)P(A \mid B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)}

Formel der totalen Wahrscheinlichkeit:

P(A)=P(A∣B)⋅P(B)+P(A∣B¯)⋅P(B¯)P(A) = P(A \mid B) \cdot P(B) + P(A \mid \overline{B}) \cdot P(\overline{B})

Satz von Bayes:

P(B∣A)=P(A∣B)⋅P(B)P(A)P(B \mid A) = \frac{P(A \mid B) \cdot P(B)}{P(A)}

Stochastische Unabhängigkeit:

P(A∣B)=P(A)⇔P(A∩B)=P(A)⋅P(B)P(A \mid B) = P(A) \iff P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B)


Differentialrechnung

Differenzenquotient (mittlere Änderungsrate auf [x0,x0+h][x_0, x_0+h]):

f(x0+h)−f(x0)h\frac{f(x_0 + h) - f(x_0)}{h}

Differentialquotient (lokale Änderungsrate, Ableitung):

f′(x0)=limh→0f(x0+h)−f(x0)hf'(x_0) = \lim_{h \to 0} \frac{f(x_0 + h) - f(x_0)}{h}

Ableitungsregeln:

Regel Formel
Potenzregel (xn)′=n⋅xn−1(x^n)' = n \cdot x^{n-1}
Faktorregel (c⋅f)′=c⋅f′(c \cdot f)' = c \cdot f'
Summenregel (f+g)′=f′+g′(f + g)' = f' + g'
Konstantenregel c′=0c' = 0

Tangentengleichung in x0x_0:

t(x)=f′(x0)⋅(x−x0)+f(x0)t(x) = f'(x_0) \cdot (x - x_0) + f(x_0)


Kurvendiskussion (ganzrationale Funktionen)

Erste Ableitung und Monotonie:

f′(x)>0⇒streng monoton steigendf′(x)<0⇒streng monoton fallendf'(x) > 0 \Rightarrow \text{streng monoton steigend} \qquad f'(x) < 0 \Rightarrow \text{streng monoton fallend}

Extremstellen: notwendige Bedingung f′(x0)=0f'(x_0) = 0

Hinreichende Bedingung (2. Ableitungstest):

f″(x0)>0⇒lokales Minimumf″(x0)<0⇒lokales Maximumf''(x_0) > 0 \Rightarrow \text{lokales Minimum} \qquad f''(x_0) < 0 \Rightarrow \text{lokales Maximum}

Krümmung:

f″(x)>0⇒linksgekrümmt (konvex)f″(x)<0⇒rechtsgekrümmt (konkav)f''(x) > 0 \Rightarrow \text{linksgekrümmt (konvex)} \qquad f''(x) < 0 \Rightarrow \text{rechtsgekrümmt (konkav)}

Wendepunkt: f″(x0)=0f''(x_0) = 0 und f″f'' wechselt Vorzeichen (notwendig + hinreichend: f‴(x0)≠0f'''(x_0) \neq 0).

Vollständige Kurvendiskussion:

  1. Definitionsmenge, Symmetrie
  2. Nullstellen, yy-Achsenabschnitt
  3. Ableitungen f′f', f″f''
  4. Extremstellen und -punkte
  5. Wendestellen und -punkte
  6. Verhalten für x→±∞x \to \pm\infty
  7. Skizze