Kl. 11Kl. 12

Kurvendiskussion

Bei einer Kurvendiskussion untersuchst Du eine Funktion so gründlich, dass Du ihren Graphen ohne Wertetabelle skizzieren kannst. Du gehst dabei immer nach demselben Schema vor – hier Schritt für Schritt am Beispiel

\[f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x\]

Das Schema

  1. Ableitungen bilden
  2. Definitionsbereich und Symmetrie
  3. Schnittpunkte mit den Achsen (y-Achse, Nullstellen)
  4. Extrempunkte (Hoch- und Tiefpunkte)
  5. Wendepunkte
  6. Verhalten im Unendlichen
  7. Graph skizzieren

1. Ableitungen bilden

Mit den Ableitungsregeln bildest Du die ersten drei Ableitungen:

\[f'(x) = 3x^2 - 12x + 9 \qquad f''(x) = 6x - 12 \qquad f'''(x) = 6\]

2. Definitionsbereich und Symmetrie

Ganzrationale Funktionen (Polynome) sind für alle reellen Zahlen definiert: $D = \mathbb{R}$.

  • Kommen nur gerade Exponenten vor (die Zahl ohne $x$ zählt als $x^0$), ist der Graph achsensymmetrisch zur y-Achse: $f(-x) = f(x)$.
  • Kommen nur ungerade Exponenten vor, ist er punktsymmetrisch zum Ursprung: $f(-x) = -f(x)$.

In unserem Beispiel gibt es gerade ($x^2$) und ungerade Exponenten ($x^3$, $x$) – also keine dieser Symmetrien.

3. Schnittpunkte mit den Achsen

y-Achse: $f(0) = 0$, also $S_y(0 \mid 0)$.

Nullstellen: Setze $f(x) = 0$. Da kein absolutes Glied vorhanden ist, kannst Du $x$ ausklammern:

\[x^3 - 6x^2 + 9x = x\,(x^2 - 6x + 9) = x\,(x - 3)^2 = 0 \quad\Rightarrow\quad x_1 = 0,\quad x_2 = 3\ \text{(doppelt)}\]

Tipp

An einer doppelten Nullstelle schneidet der Graph die x-Achse nicht, sondern berührt sie nur – dort liegt immer auch ein Extrempunkt.

4. Extrempunkte

Notwendige Bedingung: An Hoch- und Tiefpunkten ist die Tangente waagerecht, also $f'(x) = 0$:

\[3x^2 - 12x + 9 = 0 \quad\Big|\ :3 \qquad x^2 - 4x + 3 = 0 \qquad x_{1,2} = 2 \pm \sqrt{4 - 3} \quad\Rightarrow\quad x_1 = 1,\quad x_2 = 3\]

Hinreichende Bedingung: Setze die Stellen in $f''$ ein. Ist $f''(x) < 0$, ist der Graph dort rechtsgekrümmt – ein Hochpunkt. Ist $f''(x) > 0$, liegt ein Tiefpunkt vor.

\[\begin{aligned} f''(1) &= 6 - 12 = -6 < 0 &&\Rightarrow \text{Hochpunkt}, & f(1) &= 1 - 6 + 9 = 4 &&\Rightarrow H(1 \mid 4)\\ f''(3) &= 18 - 12 = 6 > 0 &&\Rightarrow \text{Tiefpunkt}, & f(3) &= 27 - 54 + 27 = 0 &&\Rightarrow T(3 \mid 0) \end{aligned}\]

Achtung

Ist $f''(x_E) = 0$, sagt die zweite Ableitung nichts aus. Dann prüfst Du, ob $f'$ an dieser Stelle das Vorzeichen wechselt (Vorzeichenwechsel-Kriterium). Ohne Vorzeichenwechsel liegt ein Sattelpunkt vor – z. B. bei $f(x) = x^3$ im Ursprung.

5. Wendepunkte

An einem Wendepunkt wechselt der Graph von einer Links- in eine Rechtskurve (oder umgekehrt). Notwendig: $f''(x) = 0$, hinreichend: zusätzlich $f'''(x) \neq 0$.

\[6x - 12 = 0 \quad\Rightarrow\quad x = 2, \qquad f'''(2) = 6 \neq 0, \qquad f(2) = 8 - 24 + 18 = 2 \quad\Rightarrow\quad W(2 \mid 2)\]

6. Verhalten im Unendlichen

Für sehr große $|x|$ bestimmt der Summand mit der höchsten Potenz den Verlauf. Bei $x^3$ (ungerader Grad, positiver Faktor) gilt:

\[\lim_{x \to +\infty} f(x) = +\infty \qquad \lim_{x \to -\infty} f(x) = -\infty\]

7. Graph

−112345−2−1123456xy0fN₁H(1|4)W(2|2)T(3|0)

Monotonie und Krümmung

Aus den Extrem- und Wendepunkten kannst Du auch ablesen, wo der Graph steigt oder fällt und wie er gekrümmt ist:

IntervallVerlaufIntervallKrümmung
$x < 1$steigend ($f' > 0$)$x < 2$rechtsgekrümmt ($f'' < 0$)
$1 < x < 3$fallend ($f' < 0$)$x > 2$linksgekrümmt ($f'' > 0$)
$x > 3$steigend ($f' > 0$)

Was ist bei anderen Funktionen anders?

Das Vorgehen bleibt immer gleich: ableiten, gleich 0 setzen, prüfen, y-Wert ausrechnen. Ein paar Punkte kommen aber dazu:

FunktionstypDarauf musst Du achten
e-Funktionen, z. B. $(x + 1) \cdot e^{-x}$Ableiten mit Produkt- und Kettenregel. $e^{\dots}$ ist nie 0 – bei $(\dots) \cdot e^{-x} = 0$ setzt Du nur die Klammer gleich 0. Im Unendlichen gewinnt immer die e-Funktion: $x \cdot e^{-x} \to 0$ für $x \to \infty$. Das ergibt oft eine waagerechte Asymptote.
Gebrochenrationale Funktionen, z. B. $\frac{x^2 - 4}{x - 1}$Zuerst den Definitionsbereich: Wo wird der Nenner 0? Dort liegt eine Polstelle (senkrechte Asymptote) oder eine Lücke. Nullstellen: nur der Zähler muss 0 sein. Für große $|x|$ zählt das Verhältnis der höchsten Potenzen: waagerechte oder schräge Asymptote.
ln-Funktionen, z. B. $\frac{\ln(x)}{x}$Nur für $x > 0$ definiert. $\ln(x) = 0$ genau bei $x = 1$.
Sinus und KosinusUnendlich viele Extrem- und Wendepunkte – meist ist ein Intervall vorgegeben, z. B. $[0; 2\pi]$.
Funktionenscharen, z. B. $f_a(x) = x^2 - a\,x$Der Parameter bleibt im Ergebnis stehen. Oft ist eine Fallunterscheidung (a > 0 / a < 0) und die Ortskurve gefragt – siehe Funktionenschar untersuchen.

Checkliste für das Abitur

  1. Definitionsbereich und Symmetrie
  2. Schnittpunkte mit den Achsen
  3. Verhalten an den Rändern und Asymptoten
  4. Extrempunkte (notwendige und hinreichende Bedingung)
  5. Wendepunkte, ggf. Wendetangente
  6. Monotonie- und Krümmungsverhalten
  7. Graph skizzieren – mit allen besonderen Punkten

Alle sieben Schritte macht der Kurvendiskussion-Rechner für Dich vor, Funktionen mit Parameter untersucht der Funktionenschar-Rechner.

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Online üben: Extrempunkte

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Neue Aufgaben

Stufe 2: Funktionen 3. Grades

  1. Aufgabe 1
    \(f(x) = -2x^{3} + 3x^{2} + 12x + 3\)
    \(T\left(-1 \,\middle|\, -4\right),\quad H\left(2 \,\middle|\, 23\right)\)
  2. Aufgabe 2
    \(f(x) = 2x^{3} - 6x^{2} - 18x - 5\)
    \(H\left(-1 \,\middle|\, 5\right),\quad T\left(3 \,\middle|\, -59\right)\)
  3. Aufgabe 3
    \(f(x) = 2x^{3} - 24x^{2} + 72x + 1\)
    \(H\left(2 \,\middle|\, 65\right),\quad T\left(6 \,\middle|\, 1\right)\)
  4. Aufgabe 4
    \(f(x) = -x^{3} - 6x^{2} + 5\)
    \(T\left(-4 \,\middle|\, -27\right),\quad H\left(0 \,\middle|\, 5\right)\)

Tippe Deine Lösung ein und klicke auf „Prüfen“ (oder drücke Enter). Brüche als 3/4, Dezimalzahlen mit Komma, mehrere Lösungen mit ; trennen, Potenzen als x^2, Wurzeln als sqrt(5). Punkte: 10 für richtig beim ersten Versuch, 6 nach einem Fehlversuch, 5 mit Tipp, 0 wenn Du Dir vorher die Lösung anschaust. Deine Punkte und Abzeichen siehst Du unter Mein Training.

Arbeitsblatt: Extrempunkte bestimmen

Bis zu 8 Aufgaben mit Lösungsblatt zum Ausdrucken – bei jedem Klick neue Aufgaben. Klasse 11–12.

Schwierigkeit

Eigene Funktion untersuchen? Der Kurvendiskussion-Rechner macht die komplette Kurvendiskussion mit Rechenweg und Graph – auch für e-Funktionen wie x²·e⁻ˣ, ln-Funktionen wie ln(x)/x und gebrochenrationale Funktionen wie (x² − 4)/(x − 1) mit Polstellen und Asymptoten.

Abitur-Aufgabe zum Üben

So kommt die Kurvendiskussion im Abitur dran: als Pflichtteil ohne Taschenrechner oder mit einer e-Funktion und einer Fläche. Tippe Deine Ergebnisse ein und lass sie sofort prüfen. Weitere Aufgaben findest Du unter Abitur-Aufgaben üben.

e-Funktion mit Fläche · 10 Punkte wie in der Prüfung

Gegeben ist f(x) = (x + 3) · e^(−x). Es gilt f′(x) = (−x − 2) · e^(−x) und f″(x) = (x + 1) · e^(−x). Eine Stammfunktion ist F(x) = −(x + 4) · e^(−x).

  1. Teilaufgabe a) · 1 P.
    \(\text{Nullstelle von f}\)
    \((x + 3) \cdot e^{-x} = 0 \;\Rightarrow\; x = -3\)
  2. Teilaufgabe b) · 3 P.
    \(\text{Hochpunkt (y-Wert auf 2 Stellen runden)}\)
    \(f'(x) = 0 \;\Rightarrow\; x = -2,\quad f(-2) = e^{2} \approx 7{,}39 \;\Rightarrow\; H(-2 \mid 7{,}39)\)
  3. Teilaufgabe c) · 3 P.
    \(\text{Wendepunkt (y-Wert auf 2 Stellen runden)}\)
    \(f''(x) = 0 \;\Rightarrow\; x = -1,\quad f(-1) = 2e^{1} \approx 5{,}44 \;\Rightarrow\; W(-1 \mid 5{,}44)\)
  4. Teilaufgabe d) · 3 P.
    \(\text{Fläche zwischen G und der x-Achse für } -3 \leq x \leq 0 \text{ (2 Stellen)}\)
    FE
    \(A = \int_{-3}^{0} f(x)\,dx = F(0) - F(-3) = -4 + e^{3} \approx 16{,}09\)

Rechne auf Papier und tippe nur das Ergebnis ein. Dezimalzahlen mit Komma, Punkte als H(2|5), mehrere Punkte mit ; trennen, Wahrscheinlichkeiten als Dezimalzahl oder in Prozent. Gerundete Ergebnisse dürfen etwas abweichen. Mehr Aufgaben dieser Art: Abitur-Aufgaben üben.

Weiterlesen: Kurvendiskussion bei Wikipedia

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