Kennt man die Nullstellen einer Funktion (z.B. x1, x2, x3, …), kann man die Linearfaktorzerlegung der Funktion aufstellen. Also f(x)=a·(x-x1)·(x-x2)·(x-x3)·... Den Parameter „a“ erhält man über die Punktprobe mit einem beliebigen Punkt. Nun hat man die Funktionsgleichung. Falls man möchte, kann man auch noch alle Klammern auflösen.

Kennt man die Nullstellen einer Funktion (z.B. x1, x2, x3, …), kann man die Linearfaktorzerlegung der Funktion aufstellen. Also f(x)=a·(x-x1)·(x-x2)·(x-x3)·... Den Parameter „a“ erhält man über die Punktprobe mit einem beliebigen Punkt. Nun hat man die Funktionsgleichung. Falls man möchte, kann man auch noch alle Klammern auflösen.

Eine Erweiterung dessen ist der Fall, dass zwei Funktionen in einander übergehen sollen. (Nennen wir die Funktionen f(x) und g(x).) Der x-Wert des Übergangs ist eigentlich immer bekannt, wir nennen ihn x=a. Eine der Funktionen ist gegeben, die andere muss aufgestellt werden (=modelliert werden). 1).Gehen die Funktionen nur in einander über, gilt f(a)=g(a) [dieser Fall tritt de facto nie auf]. 2).Gehen die Funktionen „glatt“ oder „knickfrei“ in einander über, so gilt: f(a)=g(a) und f'(a)=g'(a). 3).Gehen die Funktionen „ruckfrei“ in einander über, so gilt f(a)=g(a) und f'(a)=g'(a) und f''(a)=g''(a)

Wenn man eine Parabel zeichen soll, kann man: 1).Eine ausführliche Wertetabelle machen. 2).Kennt man genau so viele Nullstellen der Funktion wie ihr Grad, kann man die Funktion meist recht einfach zeichnen. 3).Eine Funktionsanalyse (=Kurvendiskussion) machen.

Kann man aus dem Schaubild so viele Nullstellen ablesen, wie der Grad der Funktion ist, stellt man die Funktion einfach über die Linearfaktoren auf (siehe Kap.3.6.3). Kann man weniger Nullstellen ablesen, als der Grad ist, muss man, um die Funktionsgleichung zu erhalten, Hoch-, Tief-, Wendepunkte oder einfache, normale Punkte der Funktion ablesen und die Funktion über Bedingungen aufstellen (siehe Kap.3.6.5).

Den Hauptteil von ganzrationalen Funktionen (=Parabeln) haben wir ersten Themenbereich behandelt „Analysis 1“. In diesem Hauptkapitel behandeln wir nur ein paar Besonderheiten davon. Wir stellen Polynome über diverse Bedingungen auf, zerlegen sie in Linearfaktoren, bestimmen Nullstellen über Polynomdivision oder Horner-Schema.

Wie der Kapitelname schon vermuten lässt, betrachten wir hier die verschiedenen Funktionstypen mit ihren Besonderheiten. Speziell gehen wir auf sechs Funktionstypen ein: 1.Exponentialfunktionen (e-Funktionen), 2.Trigonometrische Funktionen (sin oder cos), 3.Gebrochen-rationale Funktionen (Bruch-Funktionen), 4.Logarithmus-Funktionen, 5.Wurzelfunktionen, 6.Ganzrationale Funktionen (Parabeln). Sie werden ziemlich sicher NICHT alle sechs Funktionstypen beherrschen müssen.

Eine Differenzialgleichung (andere Schreibweise: Differentialgleichung) (kurz: DGL) ist eine Gleichung in welcher Ableitung und Funktion auftauchen. Eine DGL beschreibt daher einen Zusammenhang zwischen der Änderung des Bestands und dem Bestand selber. Der Schwierigkeitsgrad beginnt „relativ einfach“ (→Kap.4.3.1). Dann geht’s recht schnell mit dem Niveau aufwärts. Spätestens ab Kap.4.3.3 haben wir den Schulstoff verlassen.

Im Hauptkapitel „4 Analysis – Höhere Mathematik“ behandeln wir Themen, die hauptsächlich nach dem schriftlichen Abitur, bzw. hauptsächlich an Hochschulen behandelt werden. Einige, wenige Themen lernen Sie vielleicht auch VOR dem Abitur, jedoch die wenigsten hiervon.

Spurpunkte von Geraden sind Schnittpunkte von Geraden mit Koordinatenebenen. Die x1-x2-Ebene hat die Gleichung x3=0, da setzt man die x3-Koordinate der Geraden Null und kriegt so den ersten Spurpunkt. Ebenso verfährt man mit der x1-x3-Ebene und der x2-x3-Ebene.

Spurpunkte von Ebenen sind Schnittpunkte mit den Koordinatenachsen. Den Schnittpunkt mit der x1-Achse berechnet man, indem man in die Koordinatengleichung der Ebene x2=0 und x3=0 einsetzt und nach x1 auflöst. Ebenso berechnet man die Achsenschnittpunkte mit der x2- und der x3-Achse.

Man kann ein einem Koordinatensystem Ebenen darstellen (oder „Ebenen veranschaulichen“, wie es auch heißt), in dem man die Spurpunkte berechnet und einzeichnet (siehe Kap.5.1.11) und diese dann einfach verbindet. Sonderfälle beim Einzeichnen von Ebenen hat man, falls ein Spurpunkt fehlt. In diesem Fall wird die Ebene parallel zu den Koordinatenachsen eingezeichnet.

Im Allgemeinen kann man aus einem dreiachsigen Koordinatensystem keine Punkte ablesen. Es gibt ein paar Ausnahmen, die wir hier behandeln. Natürlich zeichnen wir auch ein paar Punkte ein.

Den Mittelpunkt einer Strecke bestimmt man, in dem man die Endpunkte der Strecke zusammenzählt und durch 2 teilt. Den Schwerpunkt eines Dreiecks bestimmt man, in dem man die Koordinaten der Eckpunkte zusammenzählt und durch 3 teilt. Den Verbindungsvektor von einem Punkt zu einem zweiten Punkt stellt man auf, in dem man die Koordinaten des Anfangspunkt vom Endpunkt abzieht.

Für eine Gerade braucht man zwei Punkte. Einen der beiden Punkte verwendet man als Stützvektor (der erste Vektor, der auch Ortsvektor, Aufpunkt, Anbindungspunkt, etc.. heißt), die Differenz der beiden Punkte nimmt man als Richtungsvektor (dieser Vektor hat einen Parameter vorne dran).

Für eine Ebene gibt es verschiedene Darstellungsmöglichkeiten, sprich Ebenenformen. 1. Parameterform (PF), 2.Koordinatenform (KF), 3.Normalenform (NF), 4.Hesse-Normal-Form (HNF), 5.Achsen-Abschnitts-Form (AAF). Die ersten beiden sind die wichtigsten. Man benötigt für verschiedene Berechnungen mal die eine, mal die andere. Es ist wichtig, zu wissen, wie man eine Ebenenform in die andere umwandelt. Eine zentrale Position dabei hat die Koordinatengleichung. Man kann alle Ebeneformen in die KF umwandeln und man kann alle Ebenenformen aus der KF erstellen.

Um eine Ebene aufzustellen verwendet man drei Punkte. Den ersten Punkt verwendet man als Stützvektor (auch Ortsvektor oder Aufpunkt genannt). Dieser wird vorne hingeschrieben. Die beiden Richtungsvektoren (auch Spannvektoren genannt) erhält man, in dem man jeweils zwei Punkte von einander abzieht. Vor den Richtungsvektoren stehen immer Parameter (=Buchstaben).

Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine Parameterform in eine Koordinatenform umzuwandeln. Die schnellste Möglichkeit verwendet das Kreuzprodukt. Allerdings wird das Kreuzprodukt nicht in allen Schularten bzw. von allen Lehrern akzeptiert. (Bsp1 – Bsp3). Die zweite Möglichkeit eine Koordinatengleichung zu erhalten, verwendet das Skalarprodukt (Bsp4 – Bsp6). Die dritte Möglichkeit, die wir hier vorstellen geht über ein LGS (lineares Gleichungssystem). Es gibt noch weitere gute Möglichkeiten wie man diese Formen von Ebenen umwandeln kann, aber irgendwo müssen wir hier mal auch aufhören ;)

Will man eine Koordinatenform in Parameterform umwandeln, sucht man sich drei Punkte der Ebene (z.B. die Spurpunkte) und stellt aus diesen drei Punkten die Parameterform auf. (wie in Kap.5.1.5)

Eine Normalenform in eine Koordinatenform umzuwandeln und umgekehrt ist recht einfach, da in beiden Ebenenformen der Normalenvektor als Hauptelement auftaucht. Man sollte nur wissen, wie einen Koordinaten- bzw. eine Normalengleichung aussieht.