Rekonstruktion von Funktionen – Funktionsrekonstruktion
Die Aufgabe könnte so lauten: Eine Parabel 3. Ordnung geht durch den Ursprung und hat in W (1|–2) eine Wendetangente mit der Steigung 2.
Die Standardfunktion dritter Ordnung: f(x) = ax³ + bx² + cx + d
Da eine Nullstelle sich bei O(0|0) befindet, muss d = 0 sein, d. h. es entfällt völlig.
0 = ax³ + bx² + cx
0 = x(ax² + bx + c) x1 = 0
f’(x) = 3ax² + 2bx + c
f’’(x) = 6ax + 2b
Beim x-Wert „1“ befindet sich ein Wendepunkt (die zweite Ableitung von 1 muss folglich Null sein).
f’’(1) = 0
0 = 6a + 2b
Dieser x-Wert „1“ hat die y-Koordinate „–2“, d. h. wenn man in die Funktion für x = 1 einsetzt, bekommt man –2 heraus.
f(1) = –2
–2 = a + b + c
In dem Wendepunkt ist die Steigung (erste Ableitung) gleich 2 (x = 1).
f’(x) = 2
2 = 3a + 2b + c
Es gibt die drei Unbekannten (a, b, c), die man mithilfe der drei Gleichungen herausbekommen kann. Dazu muss man diese nur geschickt kombinieren (durch das Einsetzungsverfahren, Gleichsetzungsverfahren oder Additionsverfahren).
I 0 = 6a + 2b -> –3a = b
II –2 = a + b + c -> –2 – a – b = c
III 2 = 3a + 2b + c
II in III eingesetzt:
2 = 3a + 2b + (–2 – a – b)
2 = 2a + b – 2 | + 2
IIa 4 = 2a + b
I in IIa eingesetz:
4 = 2a + (–3a)
4 = –1a | : (–1)
–4 = a
a in I eingesetz:
–3 ∙ (–4) = b
12 = b
a und b in III eingesetz:
–2 – (–4) – 12 = c
– 10 = c
Die rekonstruierte Funktion:
f(x) = –4x³ + 12x² – 10x
Rekonstruierte Funktion rot, Wendetangente blau, Punkt O bei (0|0) eingezeichnet und Wendepunkt W bei (1|-2).