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Aufgabe:

Die Funktion \( f: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R} \)
\( f(x)=\left\{\begin{array}{ll} \frac{1}{x}, & \text { für } x \leq-1 \\ a x+b, & \text { für }-1<x<2 \\ \ln (x), & \text { für } x \geq 2 \end{array}\right. \)
ist stetig in \( \mathbb{R} \backslash\{-1,2\} \). Bestimmen Sie, falls möglich, \( a, b \in \mathbb{R} \) so, dass \( f \) auch in \( -1 \) und 2 stetig ist.


Problem/Ansatz:

Ich verstehe nicht genau wieich a und b bestimmen soll.
Kann mir das bitte jemanden zeigen?

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Du sollst a und b so bestimmen, dass a * (-1) + b = 1 / (-1) und a * 2 + b = ln 2

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Aloha :)

Damit die Funktion bei \(x=-1\) stetig ist, müssen links- und rechtsseitiger Grenzwert gleich dem Funktionswert an der Stelle \(x=-1\) sein:$$\lim\limits_{x\nearrow-1}f(x)=\lim\limits_{x\nearrow-1}\left(\frac1x\right)=\frac{1}{-1}=-1$$$$\lim\limits_{x\searrow-1}f(x)=\lim\limits_{x\searrow-1}\left(ax+b\right)=a\cdot(-1)+b=-a+b$$Da beide Grenzwerte gleich sein sollen, muss gelten:\(\quad -a+b=-1\implies\pink{b=a-1}\)

Bei \(x=2\) müssen links- und rechtsseitiger Grenzwert ebenfalls gleich dem Funktionswert an der Stelle \(x=2\) sein:$$\lim\limits_{x\nearrow2}f(x)=\lim\limits_{x\nearrow2}\left(ax+b\right)=a\cdot2+b=2a+\pink{\underbrace{a-1}_{=b}}=3a-1$$$$\lim\limits_{x\searrow2}f(x)=\lim\limits_{x\searrow2}\ln(x)=\ln(2)$$Da beide Grenzwerte gleich sein sollen, muss gelten:\(\;3a-1=\ln(2)\implies\red{a=\frac{\ln(2)+1}{3}}\)

Die gesuchten Werte sind also:$$\red{a=\frac{\ln(2)+1}{3}}\approx0,5644\quad;\quad \pink{b=a-1=\frac{\ln(2)-2}{3}}\approx-0,4356$$

~plot~ (1/x)*(x<=-1) ; (0,5644*x-0,4356)*(x>-1)*(x<2) ; ln(x)*(x>=2) ; {-1|-1} ; {2|ln(2)} ; [[-4|5|-1,5|1,5]] ~plot~

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