Grenzwerte: Übungsaufgaben mit Schritt-für-Schritt-Lösungen

Auch genannt: Grenzwertberechnung · Regel von L’Hospital

Kostenlose Übungsaufgaben zu Grenzwerte mit Skizzen, Tipps und vollständigen Musterlösungen. Jedes Mal neue Werte, in drei Stufen: direktes Einsetzen und Faktorisieren, Grenzwerte im Unendlichen, Regel von L'Hôpital.

Kostenlose ÜbungsaufgabeLeicht
xy9x = 9

Bestimme den Grenzwert L = limx→9 (√x − 3)/(x − 9).

f(x) = (√x − 3)/(x − 9)x → 9
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Was du übst

  1. Leichtdirektes Einsetzen und Faktorisieren
  2. MittelGrenzwerte im Unendlichen
  3. SchwerRegel von L'Hôpital

Wichtige Formeln

Direktes Einsetzen
setze zuerst x = a ein; 0/0 bedeutet: vereinfachen
Faktorisieren und kürzen
xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹)
Konjugierte
(√x − √a)(√x + √a) = x − a
Grenzwerte im Unendlichen
teile durch die höchste Potenz von x; bei gleichem Grad ergibt sich das Verhältnis der Leitkoeffizienten
Spezieller Grenzwert
limx→∞ (1 + a/x)bx = eab
Regel von L'Hôpital
lim f/g = lim f′/g′ (0/0 or ∞/∞)

Grenzwerte von Grund auf lernen

1Was ein Grenzwert ist

Ein Grenzwert beschreibt den Wert, dem sich eine Funktion nähert, wenn x sich einer Zahl nähert. Was genau an dieser Zahl geschieht, spielt keine Rolle.

Nimm f(x) = (x² − 1)/(x − 1). Bei x = 1 erhältst du 0/0, das keinen Wert hat. Du kannst aber Zahlen nahe 1 ausprobieren.

  • x = 0,9 ergibt f = 1,9.
  • x = 0,99 ergibt f = 1,99.
  • x = 1,01 ergibt f = 2,01.

Die Werte kommen 2 immer näher. Wir schreiben:

limx→1 (x² − 1)/(x − 1) = 2
xy12(1, 2)

Der Graph ist eine Gerade mit einem fehlenden Punkt, einer Lücke bei (1, 2). Der Grenzwert ist die Höhe der Lücke.

Selbsttest Eine Funktion g liefert g(2,9) = 5,9, g(2,99) = 5,99 und g(3,01) = 6,01. Sie ist bei x = 3 nicht definiert. Wie groß ist der Grenzwert für x → 3?
  1. 3
  2. 5,99
  3. 6
  4. Er existiert nicht, weil g(3) nicht definiert ist

Antwort: 6. Die Werte nähern sich von beiden Seiten 6, der Grenzwert ist also 6. Ein Grenzwert betrachtet nur Werte nahe x = 3, nie x = 3 selbst.

2Einsetzen, 0/0 und Faktorisieren

Versuche immer zuerst das direkte Einsetzen: Setze die Zahl ein. Erhältst du eine gewöhnliche Zahl, ist das der Grenzwert.

limx→2 (x² + 3x) = 4 + 6 = 10

Erhältst du 0/0, bist du noch nicht fertig. 0/0 heißt unbestimmter Ausdruck: Es ist ein Signal zum Vereinfachen, keine Antwort.

Meist haben Zähler und Nenner einen gemeinsamen Faktor, der an dieser Stelle null ist. Faktorisiere beide, kürze den gemeinsamen Faktor und setze dann erneut ein.

(x² − 9)/(x − 3) = (x − 3)(x + 3)/(x − 3) = x + 3

Der Grenzwert für x → 3 ist also 3 + 3 = 6. Nützliche Faktorisierungsmuster:

  • x² − a² = (x − a)(x + a)
  • x³ − a³ = (x − a)(x² + ax + a²)
  • x³ + a³ = (x + a)(x² − ax + a²)
  • Ein quadratischer Term wie x² − x − 30 zerfällt in (x − 6)(x + 5): Suche zwei Zahlen, deren Produkt −30 und deren Summe −1 ist.

Bei einer Wurzel multipliziere Zähler und Nenner mit dem konjugierten Ausdruck: (√x − 2)(√x + 2) = x − 4.

Selbsttest Was ist limx→2 (x² − 4)/(x − 2)?
  1. 0
  2. 2
  3. 4
  4. Er existiert nicht, weil man 0/0 erhält

Antwort: 4. Einsetzen ergibt 0/0, also faktorisiere: (x − 2)(x + 2)/(x − 2) = x + 2, und das ist 4 bei x = 2. Bei 0/0 aufzuhören ist der Fehler hinter „existiert nicht“.

3Grenzwerte im Unendlichen und die Regel von L’Hôpital

x → ∞ bedeutet, dass x ohne Ende wächst. Bei einem Bruch aus Polynomen zählen nur die höchsten Potenzen, wenn x riesig ist.

Teile jeden Term durch die höchste Potenz von x im Nenner. Terme wie 4/x und 7/x² gehen gegen 0.

(6x² + x)/(3x² − 5) = (6 + 1/x)/(3 − 5/x²) → 6/3 = 2
  • Gleiche höchste Potenz in Zähler und Nenner: Der Grenzwert ist das Verhältnis der führenden Koeffizienten.
  • Höhere Potenz im Nenner: Der Grenzwert ist 0.
  • Höhere Potenz im Zähler: Der Bruch wächst ohne Ende, es gibt also keinen endlichen Grenzwert.

Bei √(x² + 6x) − x multipliziere mit dem konjugierten Ausdruck. Du erhältst 6x/(√(x² + 6x) + x), was gegen 6/(1 + 1) = 3 geht.

Regel von L’Hôpital: Ergibt das Einsetzen 0/0 oder ∞/∞, darfst du Zähler und Nenner durch ihre Ableitungen ersetzen, jeweils einzeln.

limx→0 (eˣ − 1)/x = limx→0 eˣ/1 = 1

Erhältst du wieder 0/0, wende die Regel noch einmal an. Trigonometrische Grenzwerte verwenden x immer im Bogenmaß.

Selbsttest Was ist limx→∞ (4x² + 1)/(2x² + 3x)?
  1. 0
  2. 2
  3. ½
  4. ∞

Antwort: 2. Die höchsten Potenzen sind gleich (x²), der Grenzwert ist also das Verhältnis der führenden Koeffizienten: 4/2 = 2. ½ entsteht durch Teilen in die falsche Richtung.

4Das Verfahren Schritt für Schritt

  1. Setze die Zahl ein. Eine gewöhnliche Zahl ist die Antwort.
  2. Erhältst du 0/0, faktorisiere Zähler und Nenner oder multipliziere mit dem konjugierten Ausdruck, falls eine Wurzel vorkommt.
  3. Kürze den gemeinsamen Faktor und setze erneut ein.
  4. Gilt x → ∞, teile jeden Term durch die höchste Potenz von x und lass Terme wie a/x gegen 0 gehen.
  5. Funktioniert das Faktorisieren nicht (eˣ, sin, cos, ln), wende die Regel von L’Hôpital auf die Form 0/0 oder ∞/∞ an.
  6. Prüfe mit einer Zahl sehr nahe am Punkt, zum Beispiel x = 1,001.

5Ein durchgerechnetes Beispiel

Folge jedem Schritt. Versuche, den nächsten vorherzusagen, bevor du ihn öffnest.

Durchgerechnetes Beispiel

Bestimme L = limx→−2 (x³ + 8)/(x + 2).

1

Einsetzen versuchen

((−2)³ + 8)/(−2 + 2) = (−8 + 8)/0 = 0/0

Das ist der unbestimmte Ausdruck 0/0, du musst also zuerst vereinfachen.

2

Den Zähler faktorisieren

8 = 2³, der Zähler ist also eine Summe von Kuben mit a = 2.

x³ + 8 = (x + 2)(x² − 2x + 4)
3

Den gemeinsamen Faktor kürzen

(x + 2)(x² − 2x + 4)/(x + 2) = x² − 2x + 4

Das ist erlaubt, weil x −2 nur nahekommt, also x + 2 nie genau 0 ist.

4

Erneut einsetzen

(−2)² − 2·(−2) + 4 = 4 + 4 + 4 = 12
5

Antwort prüfen

Probiere x = −1,99: (−7,880599 + 8)/0,01 = 11,94, das ist nahe bei 12.

xy−212

Der Graph ist die Parabel x² − 2x + 4 mit einer Lücke bei (−2, 12).

Antwort

L = 12

6Häufige Fehler

  • 0/0 als Antwort hinschreiben oder sagen, der Grenzwert existiere nicht. 0/0 heißt: erst vereinfachen.
  • Die Regel von L’Hôpital anwenden, wenn das Einsetzen nicht 0/0 oder ∞/∞ ergibt.
  • Die Quotientenregel in der Regel von L’Hôpital verwenden. Leite Zähler und Nenner getrennt ab.
  • Im Unendlichen die ersten geschriebenen Terme statt der höchsten Potenzen vergleichen.
  • Bei Grenzwerten mit sin oder cos Grad statt Bogenmaß verwenden.
Selbsttest Was ist limx→1 (x² + 1)/(x + 1)?
  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. Er existiert nicht

Antwort: 1. Einsetzen ergibt 2/2 = 1, eine gewöhnliche Zahl, das ist also der Grenzwert. L’Hôpital hier anzuwenden (2x/1 = 2) ist falsch, weil die Form nicht 0/0 war.

7So sehen Prüfungsaufgaben aus

  • Leicht: direktes Einsetzen und Faktorisieren. Einsetzen ergibt 0/0, dann faktorisierst du und kürzt, wie im Beispiel.
  • Mittel: Grenzwerte im Unendlichen. Teile durch die höchste Potenz oder verwende den konjugierten Ausdruck bei einer Wurzel wie √(x² + 4x) − x.
  • Schwer: die Regel von L’Hôpital, zum Beispiel (eˣ − 1 − x)/x² oder (1 − cos 3x)/x² für x → 0. Möglicherweise brauchst du die Regel zweimal.

Eine schnelle Probe: Setze mit dem Taschenrechner eine Zahl sehr nahe am Punkt ein. Das Ergebnis sollte nahe an deiner Antwort liegen.

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Beispielaufgaben

Beispiel 1Leicht
xyx = 1

Bestimme den Grenzwert L = limx→1 (x4 − 1)/(x − 1).

f(x) = (x4 − 1)/(x − 1)x → 1

Gesucht: L

Tipps anzeigen
  1. Einsetzen ergibt 0/0. Faktorisiere den Zähler.
  2. xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹).
  3. x4 − 1 = (x − 1)(x3 + x2 + x + 1).
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Grenzwerte: Versuche zuerst direktes Einsetzen. Ergibt sich 0/0, vereinfache zuerst: faktorisiere und kürze den gemeinsamen Faktor oder erweitere mit der Konjugierten. Für x → ∞ teilst du Zähler und Nenner durch die höchste Potenz von x. Regel von L'Hôpital: Ergibt f/g die Form 0/0 oder ∞/∞, dann ist lim f/g = lim f′/g′, wobei Zähler und Nenner getrennt abgeleitet werden (nicht mit der Quotientenregel).

Direktes Einsetzen versuchen

Zähler → 0 und Nenner → 0, also liegt die Form 0/0 vor.

Faktorisieren und kürzen

(x4 − 1)/(x − 1) = x3 + x2 + x + 1

Einsetzen

L = 1·13 + 1·12 + 1·1 + 1·1 = 4

Antwort

L = 4

Das ist die Ableitung von xⁿ an der Stelle x = a: n·aⁿ⁻¹.

Beispiel 2Mittel
xyy = L

Bestimme den Grenzwert L = limx→∞ (1 + 1/x)x. Gib einen Dezimalwert an.

f(x) = (1 + 1/x)xx → ∞

Gesucht: L

Tipps anzeigen
  1. Es liegt die Form 1^∞ vor. Schreibe L = e^(ln L) und bestimme ln L.
  2. ln L = limx→∞ x·ln(1 + 1/x).
  3. Für kleine u gilt ln(1 + u) ≈ u. Hier ist u = 1/x.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Grenzwerte: Versuche zuerst direktes Einsetzen. Ergibt sich 0/0, vereinfache zuerst: faktorisiere und kürze den gemeinsamen Faktor oder erweitere mit der Konjugierten. Für x → ∞ teilst du Zähler und Nenner durch die höchste Potenz von x. Regel von L'Hôpital: Ergibt f/g die Form 0/0 oder ∞/∞, dann ist lim f/g = lim f′/g′, wobei Zähler und Nenner getrennt abgeleitet werden (nicht mit der Quotientenregel).

Den Logarithmus bilden

ln L = limx→∞ x·ln(1 + 1/x)

Auswerten

ln(1 + u)/u → 1 für u → 0, also x·ln(1 + a/x) → a.

ln L = 1·1 = 1

Den Logarithmus rückgängig machen

L = e1 = 2,718

Antwort

L = 2,718
Beispiel 3Schwer
xyx = 0

Bestimme den Grenzwert L = limx→0 ln(1 + 2x)/sin(3x), mit x im Bogenmaß.

f(x) = ln(1 + 2x)/sin(3x)x → 0

Gesucht: L

Tipps anzeigen
  1. Bei x = 0 gilt ln 1 = 0 und sin 0 = 0, also liegt die Form 0/0 vor.
  2. (ln(1 + 2x))′ = 2/(1 + 2x), (sin 3x)′ = 3·cos 3x.
  3. Setze x = 0 in f′/g′ ein.
Antwort und Schritt-für-Schritt-Lösung anzeigen

Grenzwerte: Versuche zuerst direktes Einsetzen. Ergibt sich 0/0, vereinfache zuerst: faktorisiere und kürze den gemeinsamen Faktor oder erweitere mit der Konjugierten. Für x → ∞ teilst du Zähler und Nenner durch die höchste Potenz von x. Regel von L'Hôpital: Ergibt f/g die Form 0/0 oder ∞/∞, dann ist lim f/g = lim f′/g′, wobei Zähler und Nenner getrennt abgeleitet werden (nicht mit der Quotientenregel).

Regel von L'Hôpital

L = limx→0 [2/(1 + 2x)]/[3·cos 3x]

x = 0 einsetzen

L = 2/3 = 0,6667

Antwort

L = 0,6667

Fragen und Antworten

Grenzwerte: Worum geht es?

Ein Grenzwert beschreibt den Wert, dem sich eine Funktion nähert, wenn x sich einer Zahl nähert. Was genau an dieser Zahl geschieht, spielt keine Rolle.

Nimm f(x) = (x² − 1)/(x − 1). Bei x = 1 erhältst du 0/0, das keinen Wert hat. Du kannst aber Zahlen nahe 1 ausprobieren.

Grenzwerte: Wie löst man die Aufgaben Schritt für Schritt?

Grenzwerte: Versuche zuerst direktes Einsetzen. Ergibt sich 0/0, vereinfache zuerst: faktorisiere und kürze den gemeinsamen Faktor oder erweitere mit der Konjugierten. Für x → ∞ teilst du Zähler und Nenner durch die höchste Potenz von x. Regel von L'Hôpital: Ergibt f/g die Form 0/0 oder ∞/∞, dann ist lim f/g = lim f′/g′, wobei Zähler und Nenner getrennt abgeleitet werden (nicht mit der Quotientenregel).

Grenzwerte: Welche Fehler passieren am häufigsten?
  • Behalte jeden Term des zweiten Faktors: xⁿ − aⁿ = (x − a)(xⁿ⁻¹ + a·xⁿ⁻² + … + aⁿ⁻¹), und bei x = a sind alle n Terme gleich.
  • Die Form 1^∞ ist unbestimmt, nicht 1. Bilde zuerst den natürlichen Logarithmus.
  • Die Ableitung des Zählers bleibt oben: lim f/g = lim f′/g′.
Grenzwerte: Was wird geübt?
  • Leicht: direktes Einsetzen und Faktorisieren
  • Mittel: Grenzwerte im Unendlichen
  • Schwer: Regel von L'Hôpital

Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort. Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.

So funktioniert das Üben

  • Jede Aufgabe hat neue Werte, so lernst du den Lösungsweg statt einer Antwort.
  • Du hängst fest? Öffne zuerst einen kleinen Tipp und die vollständige Erklärung erst, wenn du sie brauchst.
  • Dein Fortschritt, deine Fehler und gespeicherten Aufgaben bleiben erhalten, damit du vor der Prüfung wiederholen kannst.

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