Schiefe Asymptote
In diesem Kapitel besprechen wir, was eine schiefe Asymptote ist.
Zuerst definieren wir den Begriff Asymptote.
Eine Asymptote ist eine Funktion, der sich eine andere Funktion bei deren immer größer werdender Entfernung vom Koordinatenursprung unbegrenzt nähert.
Welche Arten von Asymptoten gibt es?
- Senkrechte Asymptote (Sonderfall, denn es handelt sich um keine Funktion!)
- Waagrechte Asymptote
- Schiefe Asymptote
- Asymptotische Kurve
Zu jedem dieser vier Fälle schauen wir uns ein grapisches Beispiel an.
a) Senkrechte Asymptote
Die Gerade, der sich die Kurve bei deren immer größer werdender Entfernung
vom Koordinatenursprung nähert, verläuft senkrecht (siehe rote Linie).
b) Waagrechte Asymptote
Die Gerade, der sich die Kurve bei deren immer größer werdender Entfernung
vom Koordinatenursprung nähert, verläuft waagrecht (siehe rote Linie).
c) Schiefe Asymptote
Die Gerade, der sich die Kurve bei deren immer größer werdender Entfernung
vom Koordinatenursprung nähert, verläuft schief (siehe rote Linie).
d) Asymptotische Kurve
Kurve, der sich eine andere Kurve bei deren immer größer werdender Entfernung
vom Koordinatenursprung nähert (siehe rote Kurve).
Mit diesem Wissen können wir eine schiefe Asymptote definieren:
Eine schiefe Asymptote ist eine schiefe Gerade, der sich eine Kurve bei deren immer größer werdender Entfernung vom Koordinatenursprung unbegrenzt nähert.
Exkurs: Zählergrad / Nennergrad bestimmen
Um zu überprüfen, ob eine gebrochenrationale Funktion schiefe Asymptote besitzt,
betrachtet man den Zählergrad bzw. den Nennergrad.
Unter dem Zählergrad einer Funktion versteht man die höchste Potenz, die im Zähler vorkommt.
Beispiel
Der Zählergrad der Funktion
\[f(x) = \frac{x^{\fcolorbox{Red}{}{\(3\)}} +4x^2 -7}{x + 3}\]
ist 3, da \(x^{\color{red}3}\) die höchste Potenz im Zähler ist.
Unter dem Nennergrad einer Funktion versteht man die höchste Potenz, die im Nenner vorkommt.
Beispiel
Der Nennergrad der Funktion
\[f(x) = \frac{x^3 +4x^2 -7}{x + 3} = \frac{x^3 +4x^2 -7}{x^{\fcolorbox{Red}{}{\(1\)}} + 3}\]
ist 1, da \(x^{\color{red}1}\) die höchste Potenz im Nenner ist.
Es gilt: \(x^1 = x\).
Schiefe Asymptote berechnen
Eine gebrochenrationale Funktion
\[y = \frac{a_n x^{\fcolorbox{Red}{}{\(n\)}} + a_{n-1} x^{n-1} + \dots + a_1 x + a_ 0}{b_m x^{\fcolorbox{Red}{}{\(m\)}} + b_{m-1} x^{m-1} + \dots + b_1 x + b_ 0}\]
besitzt eine schiefe Asymptote, wenn
- Zählergrad = Nennergrad + 1 [\(n = m + 1\)]
In anderen Worten:
Ist der Zählergrad um 1 größer als der Nennergrad, besitzt die Funktion eine schiefe Asymptote.
Vorgehensweise zur Berechnung der schiefen Asymptote
- Zählergrad und Nennergrad bestimmen
(= Voraussetzung für schiefe Asymptote überprüfen) - Polynomdivision
- Grenzwertbetrachtung
zu 2.)
Die Gleichung der schiefen Asymptote erhalten wir, indem wir den Zähler durch den Nenner teilen. Hierbei handelt es sich um eine Polynomdivision. Entsprechende Kenntnisse werden vorausgesetzt.
zu 3.)
Folgende Artikel sind zu wiederholen:
Grenzwert und Grenzwert einer gebrochenrationalen Funktion.
Beispiel
Wir betrachten die Funktion
\[f(x) = \frac{x^2}{x+1}\]
1.) Zählergrad und Nennergrad bestimmen
Da der Zählergrad (2) um eine Einheit größer ist als der Nennergrad (1), besitzt die Funktion eine schiefe Asymptote.
2.) Polynomdivision
Die Gleichung der schiefen Asymptote erhalten wir, indem wir den Zähler durch den Nenner teilen.
\[\begin{array}{l}
\quad x^2:(x+1)= {\color{red}x - 1}+ {\color{blue}\frac{1}{x+1}} \\
-(x^2 + x) \\
\qquad \quad -x \\
\qquad -(-x-1) \\
\qquad \qquad \qquad 1
\end{array}\]
3.) Grenzwertbetrachtung
Da der Nennergrad des Bruchs (ganz rechts in der Gleichung) größer ist als der Zählergrad, wird dieser Restterm für sehr große x-Werte immer kleiner und nähert sich Null an.
\[\lim_{x\to \pm\infty}\left({\color{blue}\frac{1}{x+1}}\right) = 0\]
Der Graph der Funktion strebt deshalb gegen die schiefe Asymptote mit der Gleichung
\(y = {\color{red}x-1}\)
Graphik zum Beispiel
Mehr zu gebrochenrationalen Funktionen
Im Zusammenhang mit gebrochenrationalen Funktionen gibt es bestimmte Fragestellungen, die in Prüfungen immer wieder abgefragt werden. Es lohnt sich daher, die nachfolgenden Kapitel systematisch durchzuarbeiten.
| Kriterium | |
| Zählergrad bestimmen | Höchste Potenz im Zähler |
| Nennergrad bestimmen | Höchste Potenz im Nenner |
| Asymptoten berechnen | |
| > Senkrechte Asymptote | Nullstelle des Nenners (= Definitionslücke) |
| > Waagrechte Asymptote | Zählergrad < Nennergrad oder Zählergrad = Nennergrad |
| > Schiefe Asymptote | Zählergrad = Nennergrad + 1 |
| > Asymptotische Kurve | Zählergrad > Nennergrad + 1 |
| Nullstellen berechnen | \(f(x) = \frac{P(x)}{Q(x)} \quad \rightarrow \quad P(x_0) = 0 \text{ und } Q(x_0) \neq 0\) |
| Polstelle | \(f(x) = \frac{P(x)}{Q(x)} \quad \rightarrow \quad Q(x_0) = 0 \text{ und } P(x_0) \neq 0\) |
| Hebbare Definitionslücke | \(f(x) = \frac{P(x)}{Q(x)} \quad \rightarrow \quad Q(x_0) = 0 \text{ und } P(x_0) = 0\) |
| Grenzwert einer gebrochenrationalen Funktion | |
| Partialbruchzerlegung |
Vergewissere dich, dass du sowohl graphisch als auch rechnerisch die Begriffe "Nullstelle", "Definitionslücke", "Polstelle" und "Hebbare Definitionslücke" voneinander abgrenzen kannst. Auch den Unterschied zwischen einer Polstelle und einer waagrechten Asymptote solltest du dir bewusst machen. All das wird in den obigen Artikeln ausführlich besprochen.
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Für Lob, Kritik und Anregungen habe ich immer ein offenes Ohr.
Weiterhin viel Erfolg beim Lernen!
Andreas Schneider