M11 Verkettung von Funktionen

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Die Funktion f:x \rightarrow \sqrt {x^2+1} ist eine in ganz R definierte Funktion.

Wurzel x^2+1.jpg

Am Graph sieht man, dass im Punkt (0;1) eine waagrechte Tangente y = 1 vorhanden ist.

Doch wie soll man \sqrt {x^2+1} ableitgen?

Dazu müssen wir die Verknüpfung zweier Funktionen um die Verkettung erweitern. Bisher kennen wir als Verknüpfung zweier Funktiongen f und g

  • die Summe f + g
  • die Differenz f - g
  • die Multiplikation f · g und
  • die Division \frac{f}{g}

Nun kommt noch die Verkettung  f \circ g dazu.


Maehnrot.jpg
Merke:

Bei der Verkettung (Hintereinanderausführung)  u \circ v der Funktionen u und  v wird zuerst die Funktion v ausgeführt und danach die Funktion u.
Es ist u \circ v: x \rightarrow u(v(x)).


Für unser Beispiel f:x \rightarrow \sqrt {x^2+1} betrachten wir die Funktionen u:x\rightarrow \sqrt x und v:x\rightarrow x^2+1. Es ist  u(x) = \sqrt x, v(x) = x^2+1.
Setzt man nun v(x) an die Stelle von x in der Funktion u, dann hat man u \circ v (x) = u(v(x))=\sqrt {x^2+1} und f ist die Verkettung u \circ v der Funktionen u und  v, also  f = u\circ v.


Maehnrot.jpg
Merke:

Bei der Verkettung  u \circ v der Funktionen u und  v, die durch u \circ v(x) = u(v(x)) gegeben ist, heißt u die äußere Funktion und v die innere Funktion.


Beispiele: 1. Für die Funktionen u mit u(x)=x^2 + 5 und v mit v(x)=3x -2 ist

  • u \circ v durch u(v(x))=(3x-2)^2 +5 gegeben. (In der Funktion u ersetzt man x durch den Term von v(x).)
  • v \circ u durch v(u(x))=3(x^2+5) -2. (In der Funktion v ersetzt man x durch den Term von u(x).)

Natürlich vereinfacht man noch die Terme. Es ist dann u(v(x))=(3x-2)^2 +5=9x^2-12x + 9 und v(u(x))=3(x^2+5) -2=3x^2+13.

Insbesondere sieht man, dass die Verkettung nicht kommutativ ist.  u \circ v(x) \ne v \circ u(x).

2. Für die Funktionen u mit u(x)=2 + 3x und v mit v(x)=\frac{1}{x^2+1} ist

  • u \circ v durch u(v(x))=2 + \frac{3}{x^2+1} gegeben. (In der Funktion u ersetzt man x durch den Term von v(x).)
  • v \circ u durch v(u(x))=\frac{1}{(2+3x)^2 +1}. (In der Funktion v ersetzt man x durch den Term von u(x).)

3. Für die Funktionen u mit u(x)=\sqrt x und v mit v(x)=\frac{3}{x-2} ist

  • u \circ v durch u(v(x))=\sqrt {\frac{3}{x-2}} gegeben.
  • v \circ u durch v(u(x))=\frac{3}{\sqrt x -2}.


Bleistift 35fach.jpg   Aufgabe 1

Buch S. 130 / 1

{{Lösung versteckt|1=a) f(x) = u(v(x))=\frac{1}{2x+4} und g(x)=v(u(x))=\frac{2}{x} +4

b) f(x) = u(v(x))=cos[(x+1)^2] und g(x)=v(u(x))=(cos x +1)^2

c) f(x) = u(v(x))=sin(2x^2) und g(x)=v(u(x))=[sin(2x)]^2

d) f(x) = u(v(x))=2^(x-1) und g(x)=v(u(x))=2^x -1

e) f(x) = u(v(x))=\frac{1}{(\sqrt{2x^2})^2}=\frac{1}{2x^2} und g(x)=v(u(x))=\sqrt {2 \left ( \frac{1}{x^2} \right )^2}=\frac{\sqrt 2}{x^2}

f) f(x) = u(v(x))=cos(\pi (x+2)) und g(x)=v(u(x))=cos(\pi x) +2

g) f(x) = u(v(x))=2(2x^2)^2 =8 x^4= v(u(x))=g(x)

h) f(x) = u(v(x))=\sqrt {\sqrt{x^2+1}^2+1}= \sqrt{x^2+2}=g(x)