Worum geht es?
Zwei Größen heißen indirekt proportional, wenn ihr Produkt immer gleich ist: Verdoppelt man die eine, halbiert sich die andere. Für eine feste Zahl gilt dann
Anschaulich: Alle Rechtecke zwischen den Achsen und einem Punkt des Graphen haben denselben Flächeninhalt – ein schmales hohes Rechteck genauso wie ein breites flaches. Der Graph heißt Hyperbel; die einfachste ist die Grundfunktion .
Streckt man mit dem Faktor und verschiebt anschließend um in -Richtung und um in -Richtung, erhält man
- Senkrechte Asymptote : Dort ist der Nenner null, ist nicht definiert (Polstelle). Kommt der Stelle immer näher, werden die Funktionswerte betragsmäßig beliebig groß.
- Waagrechte Asymptote : Für und wird beliebig klein, der Graph nähert sich der Geraden , erreicht sie aber nie.
- Definitionsmenge , Wertemenge .
- Vorzeichen von : Bezogen auf das Achsenkreuz der Asymptoten (Schnittpunkt ) liegen die beiden Äste für im I. und III. Quadranten (auf beiden Teilintervallen fallend), für im II. und IV. Quadranten (steigend). Je größer , desto weiter liegen die Äste von den Asymptoten entfernt.
- Auch nach dem Verschieben gilt die indirekte Proportionalität – nur gemessen von den Asymptoten aus: .
Schnittpunkte mit den Achsen:
Für ist die -Achse selbst Asymptote – dann gibt es keine Nullstelle; für gibt es keinen Schnittpunkt mit der -Achse.
Ausprobieren
- Ziehe den orangen Punkt am Graphen entlang. Das grüne Rechteck ändert seine Form, aber sein Flächeninhalt bleibt . Lies in der Wertetabelle ab: Was passiert mit , wenn doppelt so groß wird? Beispiel laden
- Stelle negativ ein. In welchen Quadranten liegen die Äste jetzt? Was bedeutet das für die Monotonie? Beispiel laden
- Klicke auf Erst strecken, dann verschieben: Aus der Grundfunktion entsteht Schritt für Schritt die Hyperbel. Beispiel laden
- Ziehe das Asymptotenkreuz . Wie hängen und mit zusammen?
- Wähle bei Wertetabelle „x → ±∞“ und lass nach außen laufen. Um wie viel wird der Abstand zur waagrechten Asymptote kleiner, wenn zehnmal so groß wird? Beispiel laden
- Lass zur Polstelle laufen. Was passiert mit den Funktionswerten? Beispiel laden
- Ziehe den grünen Punkt : Er liegt rechts von und um verschoben (für also unterhalb). Das Rechteck mit der Breite hat den Flächeninhalt . Liegt gerade dort, springt auf die andere Seite: .
Aufgaben
Aufgabe 1: Indirekt proportional?
Ein Rechteck soll den Flächeninhalt haben. Stelle die Länge in Abhängigkeit von der Breite dar und berechne für ; ; .
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, also : ; ; (jeweils in cm). Doppelte Breite – halbe Länge. Der Graph ist der Ast im I. Quadranten der Hyperbel (nur ist sinnvoll). Die Simulation reicht bis , das Prinzip zeigt sie genauso: Zeigen
Aufgabe 2: Term ablesen
Aufgabe laden Lies die Asymptoten im Bild ab (nicht an den Reglern) und bestimme mit einem Punkt des Graphen. Gib den Funktionsterm, und an.
Lösung anzeigen
Asymptoten und , also , . Der Punkt liegt auf dem Graphen: . Damit , , . Die Äste liegen im II. und IV. Quadranten, weil . In der Simulation zeigen
Aufgabe 3: Nullstelle und y-Achsenabschnitt
Berechne die Schnittpunkte des Graphen von mit den Koordinatenachsen.
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Nullstelle: , also . -Achse: , also . In der Simulation zeigen
Aufgabe 4: Annäherung an die Asymptote
Für : Ab welchem unterscheiden sich die Funktionswerte um weniger als von (für )?
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. Die Wertetabelle zeigt: Bei ist der Abstand noch , bei nur noch . In der Simulation zeigen
Aufgabe 5: Hyperbel durch zwei Punkte
Die Hyperbel geht durch und . Bestimme und .
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und . Subtrahieren: , also und : . In der Simulation zeigen
Ideen für den Unterricht
- Einsatz: Etwa Klasse 8, elementare gebrochen-rationale Funktionen: Einstieg über die indirekte Proportionalität (Rechtecke gleichen Flächeninhalts), danach Einfluss der Parameter, Definitions- und Wertemenge, Asymptoten. Die Schreibweise entspricht der Scheitelpunktform der Parabel – die Animation „Erst strecken, dann verschieben“ knüpft daran an.
- Grenzwertbegriff: Die Annäherung an die Asymptoten wird nur propädeutisch über Wertetabellen behandelt („kommt beliebig nahe, erreicht aber nicht“); ist hier eine Sprechweise, kein formaler Grenzwert.
- Häufige Stolpersteine:
- „Der Graph schneidet die Asymptote nie.“ – Für diese Hyperbeln stimmt das, im Allgemeinen (später: gebrochen-rationale Funktionen) kann ein Graph seine waagrechte Asymptote durchaus schneiden.
- Das Vorzeichen von : Bei liegt die Polstelle bei .
- „Die beiden Äste sind zwei Funktionen.“ – Es ist eine Funktion mit einer Definitionslücke; die Äste liegen punktsymmetrisch zu .
- Die Polstelle wird als Nullstelle gelesen, weil dort der Nenner null wird.
- Aufgabenmodus: Mit
info=0und Teilen → Ergebnisse verdecken sind Steckbrief, Wertetabelle und Beschriftungen verdeckt; Asymptoten und Graph bleiben sichtbar und können abgelesen werden.