Klasse 10 – Grundlagen

Aufbauend auf Klasse 9.

Exponentialfunktionen und Logarithmus

Exponentialfunktion: f(x)=b⋅ax(a>0,a≠1,b>0)f(x) = b \cdot a^x \quad (a > 0,\, a \neq 1,\, b > 0)

  • bb: Anfangswert, a>1a > 1: Wachstum, 0<a<10 < a < 1: Zerfall
  • Asymptote: xx-Achse, keine Nullstellen, Wertemenge (0,∞)(0, \infty)

Logarithmus (Umkehrfunktion):

ax=y⇔x=log⁡aya^x = y \iff x = \log_a y

Potenzgesetze:

ar⋅as=ar+saras=ar−s(ar)s=ar⋅sa^r \cdot a^s = a^{r+s} \qquad \frac{a^r}{a^s} = a^{r-s} \qquad (a^r)^s = a^{r \cdot s}

Logarithmusgesetze:

log⁡a(u⋅v)=log⁡au+log⁡av\log_a(u \cdot v) = \log_a u + \log_a v

log⁡a(uv)=log⁡au−log⁡av\log_a\!\left(\frac{u}{v}\right) = \log_a u - \log_a v

log⁡a(ur)=r⋅log⁡au\log_a(u^r) = r \cdot \log_a u

Basiswechsel: log⁡ax=ln⁡xln⁡a\displaystyle\log_a x = \frac{\ln x}{\ln a}

Halbwertszeit / Verdopplungszeit:

T1/2=−ln⁡2ln⁡a(0<a<1)T2=ln⁡2ln⁡a(a>1)T_{1/2} = \frac{-\ln 2}{\ln a} \quad (0 < a < 1) \qquad T_2 = \frac{\ln 2}{\ln a} \quad (a > 1)


Stochastik – Mehrstufige Zufallsexperimente

Pfadregeln im Baumdiagramm:

P(Pfad)=p1⋅p2⋯pnP(A)=∑günstige PfadeP(Pfad)P(\text{Pfad}) = p_1 \cdot p_2 \cdots p_n \qquad P(A) = \sum_{\text{günstige Pfade}} P(\text{Pfad})

Bedingte Wahrscheinlichkeit:

P(A∣B)=P(A∩B)P(B)P(A \mid B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)}

Stochastische Unabhängigkeit:

A,B unabhängig⇔P(A∩B)=P(A)⋅P(B)A, B \text{ unabhängig} \iff P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B)

Monte-Carlo-Methode: Schätzung von Wahrscheinlichkeiten durch Simulation.


Sinus- und Kosinusfunktion

Bogenmaß: αrad=αGrad⋅π180°\alpha_\text{rad} = \alpha_\text{Grad} \cdot \dfrac{\pi}{180°}

Einheitskreis: P(α)=(cos⁡α,sin⁡α)P(\alpha) = (\cos\alpha,\, \sin\alpha)

Wichtige Werte:

α\alpha 00 π6\frac{\pi}{6} π4\frac{\pi}{4} π3\frac{\pi}{3} π2\frac{\pi}{2} π\pi
sin\sin 00 12\frac{1}{2} 22\frac{\sqrt{2}}{2} 32\frac{\sqrt{3}}{2} 11 00
cos\cos 11 32\frac{\sqrt{3}}{2} 22\frac{\sqrt{2}}{2} 12\frac{1}{2} 00 −1-1

Allgemeine Sinusfunktion: f(x)=a⋅sin⁡(b(x−c))+df(x) = a \cdot \sin(b(x - c)) + d

Amplitude=|a|Periode=2πbVerschiebung in x:cin y:d\text{Amplitude} = |a| \qquad \text{Periode} = \frac{2\pi}{b} \qquad \text{Verschiebung in } x: c \qquad \text{in } y: d

Symmetrie: sin⁡(−x)=−sin⁡x\sin(-x) = -\sin x (ungerade), cos⁡(−x)=cos⁡x\cos(-x) = \cos x (gerade)


Ganzrationale Funktionen (Polynome)

p(x)=anxn+⋯+a0,an≠0p(x) = a_n x^n + \cdots + a_0, \quad a_n \neq 0

Verhalten für x→±∞x \to \pm\infty: bestimmt durch führenden Term anxna_n x^n

Nullstellen und Vielfachheit kk:

kk gerade Berühren der xx-Achse, kein Vorzeichenwechsel
kk ungerade Schneiden der xx-Achse, Vorzeichenwechsel

Symmetrie: - Nur gerade Potenzen ⇒\Rightarrow achsensymmetrisch zur yy-Achse - Nur ungerade Potenzen ⇒\Rightarrow punktsymmetrisch zum Ursprung


Raumgeometrie

Körper Volumen Oberfläche
Zylinder πr2h\pi r^2 h 2πr2+2πrh2\pi r^2 + 2\pi rh
Pyramide 13Gh\frac{1}{3}Gh G+MG + M
Kegel 13πr2h\frac{1}{3}\pi r^2 h πr(r+s)\pi r(r + s)
Kugel 43πr3\frac{4}{3}\pi r^3 4πr24\pi r^2

s=r2+h2s = \sqrt{r^2 + h^2}: Mantellinie des Kegels