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Bayern Abitur Mathematik

Abitur · ISB BayernMathematik39 則筆記,位於 7 個資料夾,233 KB

cookie 製作的 ISB Bayern Abitur Mathematik 考試準備筆記,共 39 篇,分為 3 個部分,依照課程主題編排。

Notes in German for the Bavarian Abitur in Mathematik (G9 LehrplanPLUS, Jahrgangsstufen 12 and 13, erhöhtes Anforderungsniveau), in folders for the three areas Analysis, Stochastik and Geometrie, each split by topic in the plan's order. Every note has definitions, rules and worked examples for one topic. Delete any folder or note you don't need once the notes are yours.

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內容

  • Analysis
    • Differentialrechnung
      • Grenzwerte, Stetigkeit und Ableitung6 KB
      • Ableitungsregeln7 KB
      • Kurvendiskussion6 KB
      • Ganzrationale Funktionen und Funktionenscharen6 KB
      • Graphen verändern und Funktionen verknüpfen6 KB
    • Funktionsklassen
      • Natürliche Exponentialfunktion6 KB
      • Untersuchung von e-Funktionen7 KB
      • Sinus- und Kosinusfunktion7 KB
      • Gebrochenrationale Funktionen6 KB
      • Quotientenregel und Untersuchung gebrochenrationaler Funktionen4 KB
      • Wurzelfunktion5 KB
      • Natürliche Logarithmusfunktion5 KB
      • Umkehrfunktion5 KB
    • Integralrechnung
      • Stammfunktion und unbestimmtes Integral5 KB
      • Bestimmtes Integral und Flächeninhalt6 KB
      • Integralfunktion und Hauptsatz4 KB
      • Uneigentliche Integrale6 KB
      • Rotationskörper5 KB
    • Anwendungen
      • Extremwertaufgaben und Optimierung6 KB
      • Änderungsraten und Bestand im Sachzusammenhang6 KB
  • Stochastik
    • Wahrscheinlichkeit, Baumdiagramm und Additionssatz6 KB
    • Bedingte Wahrscheinlichkeit, Vierfeldertafel und Unabhängigkeit6 KB
    • Kombinatorik: Fakultät, Binomialkoeffizient, Urnenmodelle5 KB
    • Zufallsgrößen: Verteilung, Erwartungswert, Varianz6 KB
    • Bernoulli-Ketten und Binomialverteilung6 KB
    • Aufgaben zur Binomialverteilung6 KB
    • Einseitiger Signifikanztest7 KB
    • Fehler zweiter Art4 KB
    • Normalverteilung6 KB
    • Sigma-Regeln, Prognose- und Konfidenzintervall6 KB
  • Geometrie
    • Punkte und Vektoren im Raum7 KB
    • Teilverhältnis, Schwerpunkt und Vierecke6 KB
    • Skalarprodukt, Länge und Winkel6 KB
    • Vektorprodukt, Flächeninhalt und Volumen6 KB
    • Geraden im Raum6 KB
    • Lage von Geraden, Abstand Punkt-Gerade8 KB
    • Ebenengleichungen7 KB
    • Lage von Gerade und Ebene, Ebene und Ebene6 KB
    • Abstände, Winkel, Spiegelung und Scharen8 KB

第一則筆記

Analysis / Differentialrechnung / Grenzwerte, Stetigkeit und Ableitung

Grenzwert einer Funktion

Nähert sich xx einer Stelle x0x_0, und nähern sich dabei die Funktionswerte f(x)f(x) einer Zahl gg, so schreibt man lim⁡x→x0f(x)=g\lim_{x \to x_0} f(x) = g. Man sagt, gg sei der Grenzwert von ff an der Stelle x0x_0. Dabei kommt es nicht darauf an, ob f(x0)f(x_0) selbst definiert ist; entscheidend ist das Verhalten in der Umgebung. Wird xx nur von einer Seite angenähert, schreibt man x→x0+x \to x_0^+ (von rechts) oder x→x0−x \to x_0^- (von links). Der Grenzwert existiert genau dann, wenn beide einseitigen Grenzwerte existieren und übereinstimmen.

Auch für x→+∞x \to +\infty und x→−∞x \to -\infty werden Grenzwerte betrachtet. Strebt f(x)f(x) dabei gegen eine Zahl gg, hat der Graph die waagrechte Asymptote y=gy = g. Wachsen die Funktionswerte über jede Schranke, schreibt man lim⁡f(x)=+∞\lim f(x) = +\infty beziehungsweise −∞-\infty; dann existiert kein Grenzwert im Sinne einer Zahl, man spricht von uneigentlicher Konvergenz oder Divergenz.

Grenzwerte lassen sich wie Zahlen verknüpfen, solange die einzelnen Grenzwerte existieren. Für lim⁡f(x)=g\lim f(x) = g und lim⁡h(x)=k\lim h(x) = k gilt:

lim⁡(f(x)+h(x))=g+k,lim⁡(f(x)⋅h(x))=g⋅k,lim⁡f(x)h(x)=gk(k≠0). \lim \bigl(f(x) + h(x)\bigr) = g + k, \qquad \lim \bigl(f(x) \cdot h(x)\bigr) = g \cdot k, \qquad \lim \frac{f(x)}{h(x)} = \frac{g}{k} \quad (k \neq 0).

Bei einem Bruch aus Polynomen für x→∞x \to \infty klammert man die höchste Potenz des Nenners in Zähler und Nenner aus und verwendet lim⁡x→∞1xn=0\lim_{x \to \infty} \frac{1}{x^n} = 0 für n≥1n \geq 1:

lim⁡x→∞3x2−xx2+4=lim⁡x→∞3−1x1+4x2=31=3. \lim_{x \to \infty} \frac{3x^2 - x}{x^2 + 4} = \lim_{x \to \infty} \frac{3 - \frac{1}{x}}{1 + \frac{4}{x^2}} = \frac{3}{1} = 3.

Ergibt sich an einer Stelle 00\frac{0}{0}, kürzt man den gemeinsamen Faktor, bevor man einsetzt:

lim⁡x→2x2−4x−2=lim⁡x→2(x−2)(x+2)x−2=lim⁡x→2(x+2)=4. \lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 4}{x - 2} = \lim_{x \to 2} \frac{(x-2)(x+2)}{x-2} = \lim_{x \to 2} (x + 2) = 4.

Stetigkeit

Eine Funktion ff heißt an einer Stelle x0x_0 ihres Definitionsbereichs stetig, wenn lim⁡x→x0f(x)=f(x0)\lim_{x \to x_0} f(x) = f(x_0) gilt. Der Graph hat dort keine Lücke und keinen Sprung. Stetig in einem Intervall heißt stetig an jeder Stelle des Intervalls; anschaulich kann man den Graphen dann ohne Absetzen des Stifts zeichnen.

Ganzrationale Funktionen, die Funktionen sin⁡\sin, cos⁡\cos, ex\mathrm{e}^x, ln⁡x\ln x und x\sqrt{x} sind in ihrem gesamten Definitionsbereich stetig. Summen, Produkte, Quotienten (mit Nenner ungleich null) und Verkettungen stetiger Funktionen sind wieder stetig. Gebrochenrationale Funktionen sind damit in jedem Punkt ihres Definitionsbereichs stetig; an einer Definitionslücke ist von Stetigkeit nicht die Rede, weil dort kein Funktionswert existiert.

Bei abschnittsweise definierten Funktionen entscheidet sich die Stetigkeit an den Nahtstellen. Gegeben sei

f(x)={x2+1fu¨r x<2ax−1fu¨r x≥2. f(x) = \begin{cases} x^2 + 1 & \text{für } x < 2 \\ ax - 1 & \text{für } x \geq 2 \end{cases}.

Der linksseitige Grenzwert an der Stelle 22 ist 22+1=52^2 + 1 = 5, der Funktionswert ist 2a−12a - 1. Stetigkeit verlangt 5=2a−15 = 2a - 1, also a=3a = 3.

Der Zwischenwertsatz folgt aus der Stetigkeit: Ist ff auf [a;b][a; b] stetig und liegt eine Zahl cc zwischen f(a)f(a) und f(b)f(b), so nimmt ff den Wert cc an mindestens einer Stelle in [a;b][a; b] an. Damit lässt sich die Existenz einer Nullstelle zeigen, wenn f(a)f(a) und f(b)f(b) verschiedene Vorzeichen haben. Für f(x)=x3+x−1f(x) = x^3 + x - 1 ist f(0)=−1<0f(0) = -1 < 0 und f(1)=1>0f(1) = 1 > 0, also hat ff in ]0;1[]0; 1[ mindestens eine Nullstelle.

Mittlere und lokale Änderungsrate

Der Differenzenquotient von ff im Intervall [x0;x][x_0; x] ist

f(x)−f(x0)x−x0. \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0}.

Er gibt die mittlere Änderungsrate von ff in diesem Intervall an und ist die Steigung der Sekante durch die Punkte (x0∣f(x0))(x_0 \mid f(x_0)) und (x∣f(x))(x \mid f(x)). Lässt man xx gegen x0x_0 gehen, wird aus der Sekante die Tangente. Existiert der Grenzwert, heißt er Differentialquotient oder Ableitung von ff an der Stelle x0x_0:

f′(x0)=lim⁡x→x0f(x)−f(x0)x−x0=lim⁡h→0f(x0+h)−f(x0)h. f'(x_0) = \lim_{x \to x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x - x_0} = \lim_{h \to 0} \frac{f(x_0 + h) - f(x_0)}{h}.

Dann heißt ff an der Stelle x0x_0 differenzierbar. Die Zahl f′(x0)f'(x_0) ist die lokale (momentane) Änderungsrate und die Steigung der Tangente an den Graphen im Punkt (x0∣f(x0))(x_0 \mid f(x_0)). Die Funktion f′f', die jeder Stelle die Ableitung zuordnet, heißt Ableitungsfunktion.

Beispiel: Für f(x)=x2f(x) = x^2 an der Stelle x0=3x_0 = 3 ist

f′(3)=lim⁡x→3x2−9x−3=lim⁡x→3(x+3)=6. f'(3) = \lim_{x \to 3} \frac{x^2 - 9}{x - 3} = \lim_{x \to 3} (x + 3) = 6.

Mit der hh-Schreibweise für eine beliebige Stelle x0x_0:

f′(x0)=lim⁡h→0(x0+h)2−x02h=lim⁡h→02x0h+h2h=lim⁡h→0(2x0+h)=2x0. f'(x_0) = \lim_{h \to 0} \frac{(x_0 + h)^2 - x_0^2}{h} = \lim_{h \to 0} \frac{2x_0 h + h^2}{h} = \lim_{h \to 0} (2x_0 + h) = 2x_0.
Differenzierbarkeit und Stetigkeit

Ist ff an einer Stelle differenzierbar, so ist ff dort auch stetig. Die Umkehrung gilt nicht: Die Betragsfunktion f(x)=∣x∣f(x) = |x| ist an der Stelle 00 stetig, aber nicht differenzierbar. Der Differenzenquotient ∣h∣h\frac{|h|}{h} hat für h→0+h \to 0^+ den Wert 11 und für h→0−h \to 0^- den Wert −1-1; der Graph hat dort einen Knick. Auch eine senkrechte Tangente bedeutet, dass ff an dieser Stelle nicht differenzierbar ist, etwa bei f(x)=xf(x) = \sqrt{x} an der Stelle 00.

Tangente und Normale

Die Tangente an den Graphen von ff im Punkt P(x0∣f(x0))P(x_0 \mid f(x_0)) hat die Steigung m=f′(x0)m = f'(x_0) und die Gleichung

y=f′(x0)⋅(x−x0)+f(x0). y = f'(x_0) \cdot (x - x_0) + f(x_0).

Die Normale steht in PP senkrecht auf der Tangente. Zwei Geraden mit den Steigungen m1m_1 und m2m_2 stehen genau dann senkrecht aufeinander, wenn m1⋅m2=−1m_1 \cdot m_2 = -1 gilt. Die Normale hat also die Steigung −1f′(x0)-\frac{1}{f'(x_0)}, sofern f′(x0)≠0f'(x_0) \neq 0 ist.

Beispiel: Gegeben ist f(x)=x3−2xf(x) = x^3 - 2x und der Punkt mit x0=1x_0 = 1. Es ist f(1)=−1f(1) = -1 und f′(x)=3x2−2f'(x) = 3x^2 - 2, also f′(1)=1f'(1) = 1. Die Tangente lautet y=1⋅(x−1)−1=x−2y = 1 \cdot (x - 1) - 1 = x - 2. Die Normale hat die Steigung −1-1 und die Gleichung y=−(x−1)−1=−xy = -(x - 1) - 1 = -x.

Der Steigungswinkel α\alpha einer Geraden mit der Steigung mm gegenüber der positiven xx-Achse erfüllt tan⁡α=m\tan \alpha = m. Für die Tangente im Beispiel gilt tan⁡α=1\tan \alpha = 1, also α=45∘\alpha = 45^\circ.

Eine Stelle mit f′(x0)=0f'(x_0) = 0 hat eine waagrechte Tangente. Sucht man die Stellen, an denen die Tangente eine vorgegebene Steigung mm hat, löst man f′(x)=mf'(x) = m. Für f(x)=x3−2xf(x) = x^3 - 2x und m=10m = 10 ergibt 3x2−2=103x^2 - 2 = 10 die Lösungen x=±2x = \pm 2.

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