Mathematik · Klasse 11 · aktualisiert
Transformation von Funktionen einfach erklärt
Verschieben, strecken, spiegeln: Du lernst, wie Änderungen am Funktionsterm den Graphen bewegen und warum innen alles umgekehrt wirkt.
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Kurz gesagt
Bei einer Transformation entsteht aus f eine neue Funktion g. Änderungen außen wirken in y-Richtung genau wie notiert, Änderungen innen im Argument wirken in x-Richtung umgekehrt: g(x)=f(x-2)+3 verschiebt den Graphen um 2 nach rechts und 3 nach oben.
Eine Funktionstransformation macht aus einer Funktion f eine neue Funktion g. Änderungen außerhalb von f(\,\cdot\,) wirken in y-Richtung; Änderungen im Argument wirken in x-Richtung. Besonders wichtig: Innen kehren sich Verschieberichtung und Skalierungsfaktor gegenüber dem ersten Blick um.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Eine Funktion ordnet einer Eingabe x eine Ausgabe f(x) zu. Deshalb gibt es zwei Angriffspunkte: innen am Argument: f(x+c) oder f(bx) verändert die Eingabe und damit die x-Richtung. außen am Funktionswert: f(x)+d oder a f(x) verändert die Ausgabe und damit die y-Richtung.
Definition
Argument und Funktionswert
Das Argument ist die Eingabe, die in f eingesetzt wird. Der Funktionswert ist die zugehörige Ausgabe. In f(2x)+3 gehört 2x zum Argument; +3 wird erst danach zum Funktionswert addiert.
Merke: Innen wirkt horizontal, außen wirkt vertikal. Bei Veränderungen innen musst du besonders auf die umgekehrte Richtung beziehungsweise den Kehrwert achten.
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Für eine Verschiebung um c nach rechts und d nach oben gilt: g(x)=f(x-c)+d f(x-c) verschiebt um c nach rechts. f(x+c) verschiebt um c nach links. f(x)+d verschiebt für positives d nach oben. f(x)-d verschiebt für positives d nach unten. Warum bedeutet x-c eine Bewegung nach rechts? Der ursprüngliche Eingabewert 0 wird in der neuen Funktion erst bei x=c erreicht, denn c-c=0. Bei einem längeren Term musst du wirklich jedes x ersetzen. Aus f(x)=x^3-3x wird bei einer Verschiebung um 5 nach rechts: f(x-5)=(x-5)^3-3(x-5).
Beispiel: f(x)=x^2 um 2 nach rechts und 3 nach unten
- 1Jedes x durch x-2 ersetzen: f(x-2)=(x-2)^2
- 2Vom Funktionswert 3 abziehen: g(x)=(x-2)^2-3
- 3Scheitelpunkt: (0|0) wandert nach (2|-3)
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Für positive Faktoren gelten diese Regeln: Außen ist der Faktor direkt: Ein Faktor a größer als 1 streckt vertikal, ein Faktor zwischen 0 und 1 staucht vertikal. Innen gilt der Kehrwert: Ein Faktor b größer als 1 staucht horizontal, ein Faktor zwischen 0 und 1 streckt horizontal. Ein Minuszeichen erzeugt eine Spiegelung: -f(x) spiegelt an der x-Achse. f(-x) spiegelt an der y-Achse. -f(-x) spiegelt am Ursprung.
| Term | Wirkung auf den Graphen |
|---|---|
| g(x)=a f(x) | in y-Richtung mit Faktor a |
| g(x)=f(bx) | in x-Richtung mit Faktor \frac1b |
| g(x)=-f(x) | Spiegelung an der x-Achse |
| g(x)=f(-x) | Spiegelung an der y-Achse |
| g(x)=-f(-x) | Spiegelung am Ursprung |
Beispiel: f(x)=x^2 in x-Richtung mit Faktor 2 strecken
- 1Innen steht der Kehrwert \frac12
- 2g(x)=f\left(\frac12x\right)=\left(\frac12x\right)^2=\frac14x^2
- 3Bei der Parabel ist das zugleich eine Stauchung in y-Richtung mit Faktor \frac14
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Viele Veränderungen lassen sich so bündeln: g(x)=a\,f\bigl(b(x-c)\bigr)+d Für a\neq0 und b\neq0 bedeutet das: c: Verschiebung in x-Richtung. d: Verschiebung in y-Richtung. \frac1{|b|}: Skalierungsfaktor in x-Richtung. |a|: Skalierungsfaktor in y-Richtung. ein negatives b: zusätzlich Spiegelung an der y-Achse. ein negatives a: zusätzlich Spiegelung an der x-Achse. Die Reihenfolge darfst du nicht gedankenlos vertauschen. Erst an der x-Achse spiegeln und dann um 2 nach oben verschieben ergibt -f(x)+2. Erst um 2 nach oben verschieben und dann spiegeln ergibt -(f(x)+2)=-f(x)-2. Das sind im Allgemeinen verschiedene Graphen. Manche Schritte lassen sich trotzdem vertauschen. Eine horizontale Verschiebung und eine vertikale Skalierung greifen an unterschiedlichen Größen an: 2f(x-5) entsteht unabhängig davon, welchen dieser beiden Schritte du zuerst beschreibst. Kennst du einen Punkt P(x_0|y_0) auf dem Graphen von f, dann gilt y_0=f(x_0). Bei g(x)=a\,f\bigl(b(x-c)\bigr)+d wird daraus der Punkt P'\left(c+\frac{x_0}{b}\,\middle|\,a y_0+d\right). Die x-Koordinate wird horizontal skaliert und verschoben; die y-Koordinate wird vertikal skaliert und verschoben. So helfen markante Punkte beim Erkennen: Eine reine horizontale Verschiebung addiert denselben Wert zu den x-Koordinaten von Nullstellen und Extrempunkten. Eine reine vertikale Skalierung lässt Nullstellen unverändert, multipliziert aber die y-Koordinaten. Eine Spiegelung an der x-Achse lässt Nullstellen unverändert und wechselt die Vorzeichen der y-Koordinaten; Hoch- und Tiefpunkte tauschen ihre Art. Nach einer vertikalen Verschiebung lassen sich neue Nullstellen im Allgemeinen nicht allein aus den alten Nullstellen ablesen.
Beispiel: g(x)=2f(x-1)+3 mit f(x)=x^2
- 1g(x)=2(x-1)^2+3
- 21 nach rechts, in y-Richtung mit Faktor 2 gestreckt, 3 nach oben
- 3Der Punkt (0|0) landet bei (1|3)
- 4Probe: g(1)=2 \cdot 0^2+3=3
Beispiel: Punkte übertragen bei g(x)=2f(x-3)
- 1a=2, b=1, c=3, d=0
- 2N(-2|0) wird zu N'(1|0)
- 3H(1|3) wird zu H'(4|6)
- 4x-Koordinaten plus 3, y-Koordinaten mal 2
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Alles auf einen Blick
Transformation von Funktionen
Innen
am Argument, wirkt in x-Richtung mit umgekehrtem Vorzeichen oder Kehrwert
Außen
am Funktionswert, wirkt in y-Richtung genau wie notiert
Verschiebung
f(x-c)+d geht um c nach rechts und d nach oben
Skalierung
a\,f(bx) streckt vertikal mit |a| und horizontal mit \frac1{|b|}
Spiegelung
-f(x) an der x-Achse, f(-x) an der y-Achse
Kontrolle
Reihenfolge prüfen und markante Punkte einsetzen
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
f(x)=x^2: 1 nach links, an der x-Achse spiegeln, Faktor 2, 3 nach oben
- 1Links um 1: jedes x durch x+1 ersetzen, (x+1)^2
- 2Spiegeln und mit Faktor 2 strecken: -2(x+1)^2
- 3Um 3 nach oben: g(x)=-2(x+1)^2+3
- 4Scheitelpunkt: (0|0) wird zu (-1|3), die Parabel ist nach unten geöffnet
- 5Probe: g(-1)=-2 \cdot 0^2+3=3
Fehler finden
f(x)=x^2-4x um 3 nach rechts verschieben In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 2Nur das erste x wurde ersetzt, das x in -4x nicht. Richtig: g(x)=(x-3)^2-4(x-3)=x^2-10x+21.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei g(x)=f(x-4)+2 wird der Graph um Einheiten nach rechts und um Einheiten nach oben verschoben. Für eine Verschiebung um 3 nach links ersetzt du jedes x durch .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback