Quadratische Funktionen/Die Scheitelpunktsform

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Version vom 7. September 2009, 06:48 Uhr von Main>Michael Schober (Satzbau Satzzeichen Rechtschreibung)

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Im letzten Lernpfad hast du die quadratische Funktion "f(x) = x2" kennen gelernt.

In diesem Lernpfad wollen wir uns mit zwei weiteren Parametern beschäftigen.

Bevor wir beginnen, wollen wir noch einen neuen Begriff einführen, welcher später häufiger verwendet wird.

Merke

Die quadratische Funktion "f(x)x2" ist eine spezielle Parabel. Von ihr aussgehend werden alle Veränderungen betrachtet und man nennt sie deshalb Normalparabel




STATION 1: Der Parameter ys stellt sich vor


Zunächst betrachten wir den Parameter ys, welcher zur quadratischen Funktion "f(x) = x2" dazuaddiert wird. Die quadratische Funktion schaut dann wie folgt aus: 

                                    f(x) = x2 + ys


Bearbeite das folgende Arbeitsblatt und entdecke die Eigenschaften vom Parameter ys!

Quadratische Funktion f(x)x2+ ys Hinweise, Aufgabe und Lückentext:
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Hinweise:
* In der Grafik ist die Normalparabel schwarz-gestrichelt eingezeichnet und die von ys abhängige, quadratische Funktion blau
* Bediene den schwarzen Schieberegler ys mit gehaltener linker Maustaste, er verändert den Wert von ys
* Ziehe im Lückentext die möglichen Lösungen ebenfalls mit gehaltener linker Maustaste in die richtigen Felder.

Aufgabe:
Bediene den Schieberegler ys. Welche Veränderungen bewirkt er?

Lückentext! - Ordne die richtigen Begriffe zu:

Der Parameter ys verschiebt die Normalparabel auf der y-Achse. Dabei bleibt die verschobene Parabel kongruent zur Normalparabel.
Ist der Parameter ys positiv, so wird die Parabel um y Einheiten in Richtung der y-Achse nach oben verschoben.
Ist der Parameter ys hingegen negativ, so wird die Parabel um y Einheiten in Richtung der y-Achse nach unten verschoben.
Der Scheitelpunkt der Parabel befindet sich auf der y-Achse, genauer gesagt bei Punkt [0; ys]. Zudem ist die y-Achse die Symmetrieachse der Parabel.


Merke

Für die quadratische Funktion "f(x)x² + ys" gilt:

  • Der Graph der Funktion ist eine verschobene Parabel entlang der y-Achse
  • Die Parabel ist kongruent zur Normalparabel
  • Für ys > 0 gilt: Verschiebung um y Einheiten nach oben
  • Für ys < 0 gilt: Verschiebung um y Einheiten nach unten
  • Der Scheitelpunkt liegt bei S (0; ys)
  • Die y-Achse ist Symmetrieachse


Es folgen nun einige Aufgaben, um das gerade erlernte Wissen zu vertiefen.



STATION 2: Übungen zum Parameter ys



1. Aufgabe: Zuordnung

Du siehst hier 5 verschiedene Graphen der quadratischen Funktion "f(x) = x2 + ys". Ermittle zu den vorgegebenen Graphen die passende Funktionsgleichung.


Parabele1.png Parabele2.png Parabele3.png Parabele4.png Parabele5.png
y x2 + 2,5 y x2 + 1,5 y x2 y x2 - 3,5 y x2 - 0,5




















2. Aufgabe:

Bestimme mit Hilfe der vorgegebenen Scheitelpunkte die Funktionsgleichung. Ordne dann die entsprechende Funktionsgleichung dem jeweiligen Scheitelpunkt zu!

Scheitelpunkt Funktionsgleichung
1. S y x2 + 4,7
2. S y x2 - 23
3. S y x2 - 2,5
4. S y x2
5. S y x2 + 13
















3. Aufgabe:

Nun hast du die Funktionsgleichung gegeben. Finde jetzt den zugehörigen Scheitelpunkt S.

Funktionsgleichung Scheitelpunkt
1. y x2 + 5,2 S [0; 5,2]
2. y 3 + x2 S [0; 3]
3. y x2 - 3 S [0; -3]
4. y x2 S [0; 0]













4. Aufgabe: Zuordnung

Aufgabe Quadratische Funktion f(x)x2+ ys
Gegeben sind fünf Funktionsgleichungen.
Finde dazu die zugehörigen Punkte, die auf der Parabel liegen.


Überlege dir rechnerisch, welcher Punkt zu welcher Parabel
gehören könnte.
Überprüfe dein Ergebnis mit dem Applet rechts.
Verschiebe dafür die Parabel entsprechend der Funktionsgleichung.

Hilfe:
Vorlage:Versteckt
Als letztes ziehst du die vorgegebenen Punkte
zu den jeweilgen Funktionsgleichungen und überprüfst dein Ergebnis.

y x² - 1 y x² - 5 y x² + 0 y x² + 2 y x² + 4
[3; 8] [3; 4] [2; 4] [1; 3] [2; 8]

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STATION 3: Der Parameter xs stellt sich vor


Nachdem du jetzt den Parameter ys kennst, wollen wir uns mit dem Parameter xs beschäftigen. Er wird in die quadratische Funktion wie folgt integriert: 

                                       f(x) = (x - xs)2


Um die Eigenschaften dieses Parameters zu erlernen, bediene den Schieberegler xs in der nachfolgenden Geogebraanwendung, er verändert dessen Wert. Die schwarz-strichelte Parabel ist die Normalparabel. Löse anschließend den darauf folgenden Lückentext und ziehe hierfür die richtigen Textbausteine mit gehaltener linker Maustaste in die Lücken!

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Lückentext! - Ordne die richtigen Begriffe zu:

Der Parameter xs der quadratischen Funktion "f(x) = (x - xs)2" bewirkt eine Verschiebung der Normalparabel auf der x-Achse. Wie schon bei der Verschiebumg des Parameters ys, ist die verschobene Parabel kongruent zur Normalparabel. Mit Hilfe des Schiebereglers xs stellt man fest, dass für positive Werte eine Verschiebung um x-Einheiten nach rechts erfolgt. Ist der Wert von xs negativ, so wird der Graph um x-Einheiten nach links verschoben.
Aber Achtung! Es wird ein kleines Verwirrspiel getrieben, denn für positive x-Werte lautet die Funktionsgleichung "f(x) = [x - xs]2". Man macht leicht den Fehler und stellt für positve Werte die Gleichung "f(x) = [x + xs]2" auf. Da die Funktionsgleichung jedoch "f(x) = (x - xs)2" lautet, entsteht für positive Werte eine Differenz in der Klammer. Genau andersherum verhält es sich für negative Werte von xs, denn dort lautet die Funktionsgleichung "f(x) = [x + xs]2". Für den Scheitelpunkt gelten die Koordinaten "S [xs; 0]", denn der y-Wert bleibt Null. Die Symmetrieachse ist die Parallelachse zur y-Achse senkrecht zur x-Achse.


Das waren einige wichtige Erkenntnisse, die wir nachfolgend festhalten wollen!


Merke

Für die quadratische Funktion "f(x)(x - xs)2" gilt:

  • Der Graph der Funktion ist eine verschobene Parabel entlang der x-Achse
  • Die Parabel ist kongruent zur Normalparabel
  • Für xs > 0 gilt: Verschiebung um x Einheiten nach rechts
  • Für xs < 0 gilt: Verschiebung um x Einheiten nach links
  • Der Scheitelpunkt liegt bei S [xs; 0]
  • Die Symmetrieachse ist die Parallelachse zur y-Achse, senkrecht zur x-Achse


Achtung!

  • Für xs > 0, mit einer Verschiebung nach rechts, lautet die Funktionsgleichung "f(x) = (x – xs)2"

Beispiel: Für xs = 5: f(x) = (x - 5)2

  • Für xs < 0, mit einer Verschiebung nach links, lautet die Funktionsgleichung "f(x) = (x + xs)2"

Beispiel: Für xs = -5: f(x) = (x + 5)2


Ebenso wie beim Parameter ys, folgen wieder einige Aufgaben, um auch diese Eigenschaften zu vertiefen.



STATION 4: Übungen zum Parameter xs


1. Aufgabe: Zuordnung

Gegeben sind die Graphen 5 verschiedener quadratischer Funktionen. Ordne jedem Graph die richtige Funktionsgleichung durch "drag and drop" zu:

Parabeld-4,5.jpg Parabeld-2,5.jpg Parabeld0.jpg Parabeld2.jpg Parabeld5.jpg
y [x + 4,5]2 y [x + 2,5]2 y [x + 0]2 y [x - 2]2 y [x - 5]2























2. Aufgabe:

Bestimme mit Hilfe der vorgegebenen Scheitelpunkte die Funktionsgleichung. Ordne dann die entsprechende Funktionsgleichung dem jeweiligen Scheitelpunkt zu!

Scheitelpunkt Funktionsgleichung
1. S y [x - 2,5]2
2. S y [x + 3]2
3. S y [x - 120]2
4. S y x2
5. S y [x + 7]2















3. Aufgabe:

Du siehst im folgendenden Koordinatensystem 3 Parabeln. Man kann diese 3 Parabeln durch bedienen der Schieberegler verschieben. Verschiebe die drei Parabeln so, dass sie den Platz für die folgenden Funktionsgleichungen einnehmen. 

     f(x) = (x - 2)2
     f(x) = (x - 5)2
     f(x) = (x + 3)2

Überprüfe anschlißend durch Anklicken des Kontrollkästchens, ob du die Aufgabe richtig gelöst hast. Überdecken die blau-gestrichelten Parabeln deine verschobenen Parabeln, dann hast du alles richtig gemacht.

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STATION 5: Zusammenführung der Parameter ys und xs zur Scheitelpunktsform


Bevor wir nun die beiden Parameter ys und xs zusammenführen, wollen wir nochmal die wichtigsten Eigenschaften wiederholen. Löse dafür die folgende Zuordnung. Mal sehen wer am wenigstens Versuche braucht!


Frage Antwort
1. Wie lauten die Koordianten für y [x - 2]2? S [2, 0]; S [xs, 0]
2. Wie lautet die Funktionsgleichung für eine Verschiebung nach unten auf der y-Achse? y x2 - ys
3. Wie lauten die Koordianten für y x2 - 4? S [0, -4]; S [0, -ys]
4. Wie lautet die Funktionsgleichung für eine Verschiebung nach links auf der x-Achse? y [x + xs]2
5. Wie lauten die Koordianten für y x2 + 2? S [0, 2]; S [0, ys]
6. Wie lautet die Funktionsgleichung für eine Verschiebung nach rechts auf der x-Achse? y [x - xs]2
7. Wie lautet die Funktionsgleichung für eine Verschiebung nach oben auf der y-Achse? y x2 + ys
8. Wie lauten die Koordianten für y [x + 4]2? S [-4, 0]; S [-xs, 0]


















Jetzt sind wir an dem Punkt angekommen, an dem wir die Scheitelpunktsform aufstellen können.

In dieser Lerneinheit hast du die Parameter ys und xs einzeln kennen gelernt.

Ziel dieser Lerneinheit ist die quadratische Funktion "f(x) = (x - xs)2 + ys", in der beide Parameter integriert sind.

Du weißt mittlerweile, welche Aufgaben der jeweilige Parameter hat. Während der Parameter ys für den y-Wert im Koordinatensystem steht, gibt der Parameter xs den x-Wert an. Genau durch diese beiden Punkte wird der Scheitelpunkt der Parabel bestimmt und man nennt die quadratische Funktion "f(x) = (x - xs)2 + ys" deshalb Scheitelpunktsform.
Die Scheitelpunktsform vereint somit die Eigenschaften der Paramter xs und ys.

Im folgenden Kreuzworträtsel werden diese Eigenschaften nun nochmal abgefragt. Viel Erfolg!


Quadratische Funktion f(x)(x - xs)2 + ys Hinweise und Quiz:
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Hinweise:
* In der Grafik siehst du die verschobene Normalparabel
* Mit den Schiebereglnern ys und xs kannst du die Lage der Parabel verändern
* Bediene die Schieberegler und versuche das folgende Quiz zu lösen

Quiz:

Beim Klick auf die Ziffern im Kreuzworträtsel öffnet sich ein Eingabefeld. Trage dort deine Antwort ein. Erst wenn das komplette Rätsel ausgefüllt ist, können die Ergebnisse überprüft werden.

Scheitelpunkt Wie nennt man den Punkt S(xs, ys) der Parabel?
Scheitelpunktsform Wie bezeichnet man die FORM der Funktionsgleichung f(x) = (x - xs)² + ys?
Symmetrieachse Wie heißt die Achse, für die x = ys gilt?
Normalparabel Zu welcher Parabel sind die verschobenen Parabeln kongruent?
Unten In welche Richtung verschiebt man die Parabel f(x) = x² - 4?
x-Achse Auf welcher Achse verschiebt der Parameter xs die Parabel?
Ebene Die Parameter xs und ys bewirken eine Verschiebung der Normalparabel in der...
y-Achse Auf welcher Achse verschiebt der Parameter ys die Parabel?
Zwei Um wie viele Einheiten wird die Funktion f(x) = (x - 5)² + 2 nach oben verschoben?




Merke

Für die quadratische Funktion f(x)(x - xs)2 + ys gilt:

  • Der Graph der Funktion ist eine verschobene Parabel in der Ebene
  • Die Parabel ist kongruent zur Normalparabel
  • Man erhält den Graph von f durch verschieben der Normalparabel um x Einheiten entlang der x-Achse und um y Einheiten entlang der y-Achse
  • Der Scheitelpunkt liegt bei S [xs; ys]
  • Die Symmetrieachse hat die Gleichung x ys



STATION 6: Aufgaben zur Scheitelpunktsform


1. Aufgabe: Multiple Choice

Kreuze alle richtigen Aussagen an!

f(x) (x - 5)2 - 3 (!Die Parabel ist nach rechts und nach oben verschoben)(!Die Parabel hat den Scheitelpunkt S [-3, 5])(Die Parabel hat den Scheitelpunkt S [5, -3]) (!Die Parabel ist nach unten geöffnet) (Die Parabel ist nach rechts und nach unten verschoben)

f(x) 5 + (x + 12)2 (!Es liegt keine Parabel vor) (Die Parabel ist um 5 Einheiten nach oben verschoben) (!Die Parabel ist um 12 Einheiten nach rechts verschoben) (Die Parabel ist um 12 Einheiten nach links verschoben) (Die Parabel liegt oberhalb der x-Achse) (!Die Parabel hat keine Symmetrieachse)

f(x) x2 + 3 (!Die Parabel ist eine um 3 Einheiten nach links verschobene Normalparabel) (Die Parabel hat den Scheitelpunkt [0, 3]) (Die Symmetrieachse der Parabel ist die y-Achse) (!Die Parabel ist um eine Einheit nach rechts verschoben) (Die Parabel ist nach oben geöffnet)

f(x) -5 + (x - 6)2 (!Die Funktionsgleichung ist keine quadratische Funktion) (!Die Parabel ist um 5 Einheiten nach links verschoben) (Die Parabel ist um 6 Einheiten nach rechts verschoben) (Die Parabel ist um 5 Einheiten nach unten verschoben) (! Die Parabel ist um 5 Einheiten nach unten und um 6 Einheiten nach links veschoben)


































2. Aufgabe:

Gegeben ist der Scheitelpunkt S einer verschobenen Normalparabel. Finde zum jeweiligen Scheitelpunkt die richtige Funktionsvorschrift:

Scheitelpunkt Funktionsgleichung
1. S y [x - 2]2 - 5
2. S y [x - 4]2 - 8
3. S y [x - 4]2 + 8
4. S y [x - 5]2 - 2













3. Aufgabe-Zuordnung:

Finde die richtige Funktionsvorschrift für die Graphen!

Parabel1lo.jpg Parabel1ro.jpg Parabel1ru.jpg Parabel1lu.jpg
y [x + 3]2 + 4 y [x - 3]2 + 2 y [x - 1]2 - 5 y [x + 5]2 - 1





















4. Aufgabe: KNIFFELAUFGABE:

Zum Abschluss dieser Lektion noch eine kleine Aufgabe zum Nachdenken.
Gegeben ist die Funktion f(x) = (x + 3)2 + 1,5 und die Punkte W, X, T und P. Welche der folgenden Punkte liegt auf dem Graphen? Überprüfe dies durch Kopfrechnung! 

     a)	W  
     b)	X  
     c)	T  
     d)	P


Hilfe:
Falls du nicht weiterkommst, lass dir helfen! Vorlage:Versteckt Bediene nun noch den Schieberegler um den Graphen an die richtige Stelle zu positionieren. Mit dem Anklicken des Kontrollkästchens "Punkte an", erkennst du, welche Punkte auf der Parabel liegen.

Die Datei [INVALID] wurde nicht gefunden.


Prima!

Damit kennst du nun die Parameter xs und ys, welche für die Verschiebung der Parabel in der Ebene verantwortlich sind.

In der nächsten Lerneinheit lernst du dann die Normalform kennen.

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