Klasse 11 – 13 / Tangenten durch einen Punkt

erarbeitet von R. Bothe

 

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Anleitung zum Aufstellen einer Gleichung einer Tagente an den Graphen einer Funktion durch einen Punkt, der nicht notwendig auf dem Graphen der Funktion liegt.

Da jede Tangente eine Gerade ist, lässt sich der Verlauf einer jeden Tangente durch die Gleichung
y = mx + n beschreiben.

Wenn wir also die Parameter m und n ermittelt haben, so ist auch eine Gleichung für die gesuchte Tangente bestimmt.

Vorüberlegung :

Im Gegensatz zur Problematik „Tangente an einer Stelle“ ist die Stelle, an der die Tangente den Graphen berührt, mit unserer Aufgabenstellung (Punkt durch P(xP|yP) meist nicht bekannt. Da P meist nicht auf dem Graphen von f liegt, wäre eine Berechnung des Anstieges an der Stelle xP wenig sinnvoll.

 

Da die Berührstelle nicht bekannt ist, bietet es ich an, sie mit einer Variablen
(z. B.: u) zu bezeichnen und in Abhängigkeit von dieser Variablen eine allgemeine Tangentengleichung zu bestimmen.

Somit ergibt die Abarbeitung der folgenden Schritte Tangentengleichungen gesuchter Tangenten an den Graphen einer Funktion f  durch einen gegebenen Punkt P( xP | yP ):

(Natürlich gibt es noch weitere Verfahren, mit denen sich dieses Problem lösen lässt.)

 

Erklärung, Kommentar

Beispiel:

 

 

Durch den Punkt P(3|8) werden Tangenten an den Graphen der Funktion f mit f(x) = x2 gelegt.

Schritt 1:

 

Hilfe

Ermitteln einer Tangentengleichung einer Tangente an Gf  an einer Stelle u. (Man erhält also eine Gleichung, die  durch einfaches Einsetzen jedes gewünschten Wertes für u eine entsprechende Tangentengleichung für diese spezielle Stelle u  liefert. Umgekehrt kann man diese Stelle u berechnen, wenn ein Punkt der Geraden gegeben ist.)

1.  f ’(x) = 2x

2.  f ’(u) = 2u

3.  f(u) = u2  à  B(u|u2)

4.  Mit y = mx + n folgt:

               u2 = 2u × u + n

        Û    n = -u2

5.  y = 2u × x - u2

Schritt 2:

Berechnen der entsprechenden Berührstellen mit Hilfe der in Schritt 1 gewonnenen Gleichung und dem gegebenen Punkt P (durch Punkt P ist ein x-Wert und ein y-Wert gegeben).

Mit P(3|8) und y  = 2u × x - u2 folgt: 

                        8 = 2u × 3 - u2

               Û     0 = u2 - 6u + 8

               Û     u = 3 ± 1

               Û     u = 4   Ú  u = 2

Schritt 3:

Aufstellen der entsprechenden Tangentengleichungen. (Die in Schritt 2 berechneten Berührstellen in die in Schritt 1 aufgestellte allgemeine Tangentengleichung einsetzen.)

y = 2u × x - u2 

Mit u = 4 erhält man              y = 8x - 16

und mit u = 2 erhält man        y = 4x – 4

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