Quadratische Funktionen aus ihren Graphen bestimmen

Detaillierte Anleitung mit Methoden für Scheitelpunkt, Achsenabschnitte und Symmetrieachse

Um die Gleichung einer quadratischen Funktion aus ihrem Graphen zu bestimmen, identifizieren wir Schlüsselmerkmale wie den Scheitelpunkt, Achsenabschnitte oder die Symmetrieachse. Abhängig von den verfügbaren Informationen verwenden wir entweder die Scheitelpunktform oder die faktorisierte Form (Nullstellenform), um die Funktion zu bestimmen.

Wichtige quadratische Formen

Allgemeine Form: \[ f(x) = ax^2 + bx + c \]

Scheitelpunktform: \[ f(x) = a(x - h)^2 + k \]

Wobei $(h, k)$ die Koordinaten des Scheitelpunkts sind. Der Zusammenhang zwischen den Formen ist wie folgt gegeben:

\[ h = \frac{-b}{2a}, \quad k = f(h) = c - \frac{b^2}{4a} \]

Methode 1: Bekannter Scheitelpunkt und ein Punkt

Beispiel 1

Bestimmen Sie die quadratische Funktion $f$, deren Graph unten dargestellt ist:

Graph einer quadratischen Funktion mit Scheitelpunkt im Ursprung
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1. Bestimmen Sie den Scheitelpunkt aus dem Graphen: $(h, k) = (0, 2)$.

2. Stellen Sie die Scheitelpunktform auf: \[ f(x) = a(x - 0)^2 + 2 = ax^2 + 2 \]

3. Verwenden Sie den Punkt $(1, 3)$, um $a$ zu bestimmen: \[ f(1) = a(1)^2 + 2 = 3 \Rightarrow a = 1 \]

Finale Funktion: \[ f(x) = x^2 + 2 \]

Beispiel 2: Nach unten geöffnete Parabel

Bestimmen Sie die Funktion $g$ und berechnen Sie $g(-3)$:

Nach unten geöffnete Parabel
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1. Scheitelpunkt: $(0, -1)$. Scheitelpunktform: $g(x) = ax^2 - 1$.

2. Verwenden Sie den Punkt $(1, -2)$: \[ a(1)^2 - 1 = -2 \Rightarrow a = -1 \]

3. Gleichung: $g(x) = -x^2 - 1$.

4. Berechnen Sie $g(-3)$: \[ g(-3) = -(-3)^2 - 1 = -9 - 1 = -10 \]

Beispiel 3: Verschobener Scheitelpunkt

Bestimmen Sie die Funktion $l$ und berechnen Sie deren x-Achsenabschnitte:

Parabel mit Scheitelpunkt (2,1)
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1. Scheitelpunkt $(2, 1) \Rightarrow l(x) = a(x - 2)^2 + 1$.

2. Verwenden Sie den y-Achsenabschnitt $(0, -7)$: \[ a(0 - 2)^2 + 1 = -7 \Rightarrow 4a = -8 \Rightarrow a = -2 \]

3. Finden Sie die x-Achsenabschnitte (setzen Sie $l(x) = 0$): \[ -2(x - 2)^2 + 1 = 0 \Rightarrow (x - 2)^2 = 1/2 \]

\[ x = 2 \pm \sqrt{1/2} \]

Methode 2: Bekannte x- und y-Achsenabschnitte

Beispiel 4

Bestimmen Sie die Funktion $s$ in Standardform:

Parabel mit zwei x-Achsenabschnitten
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1. Verwenden Sie die faktorisierte Form mit den Abschnitten $(-1, 0)$ und $(2, 0)$: \[ s(x) = a(x + 1)(x - 2) \]

2. Verwenden Sie den y-Achsenabschnitt $(0, -4)$: \[ a(0 + 1)(0 - 2) = -4 \Rightarrow -2a = -4 \Rightarrow a = 2 \]

3. Standardform: \[ s(x) = 2(x^2 - x - 2) = 2x^2 - 2x - 4 \]

Methode 3: Bekannte Symmetrieachse und zwei Punkte

Beispiel 5

Bestimmen Sie $m(x)$, wenn die Symmetrieachse $x = -3$ ist:

Parabel mit markierter Symmetrieachse
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1. Scheitelpunktform: $m(x) = a(x + 3)^2 + k$.

2. Erstellen Sie ein Gleichungssystem mit den Punkten $(-5, 0)$ und $(-2, -1,5)$:

\[ \begin{cases} a(-5 + 3)^2 + k = 0 \Rightarrow 4a + k = 0 \\ a(-2 + 3)^2 + k = -1,5 \Rightarrow a + k = -1,5 \end{cases} \]

3. Subtraktion der Gleichungen ergibt: $3a = 1,5 \Rightarrow a = 0,5$. Dann ist $k = -2$.

4. Standardform: \[ m(x) = 0,5(x + 3)^2 - 2 = 0,5x^2 + 3x + 2,5 \]

Methode 4: Bekannte drei Punkte

Beispiel 6

Bestimmen Sie $w(x)$ in Standardform:

Allgemeine Parabel mit drei markierten Punkten
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Mit $w(x) = ax^2 + bx + c$:

  • Punkt $(0, -1/6) \Rightarrow c = -1/6$.
  • Punkt $(1, 0) \Rightarrow a + b - 1/6 = 0 \Rightarrow a + b = 1/6$.
  • Punkt $(3, 10/3) \Rightarrow 9a + 3b - 1/6 = 10/3 \Rightarrow 9a + 3b = 7/2$.

Lösen des Systems: $a = 1/2, b = -1/3$.

Finale Funktion: \[ w(x) = \frac{1}{2}x^2 - \frac{1}{3}x - \frac{1}{6} \]

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