WISSENSARTIKEL / ANALYSIS

Betragsfunktion

Mathematische Funktion zur Bestimmung des absoluten Werts einer Zahl

◎ KURZDEFINITION

Betragsfunktion Die Betragsfunktion ist eine Funktion, die einer reellen Zahl ihren Abstand zum Ursprung auf der Zahlengeraden, also ihren absoluten Wert, zuordnet.

Eigenständig verständliche Definition
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Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die Betragsfunktion gibt den absoluten Wert einer reellen Zahl an.
  • Sie ist definiert als der Abstand einer Zahl zum Nullpunkt auf der Zahlengeraden.
  • Die Funktion ist überall stetig, aber an der Stelle 0 nicht differenzierbar.
  • Sie findet Anwendung in der Analysis, Algebra und bei der Modellierung von Entfernungen.
  • Die Betragsfunktion kann als Stückweise definierte Funktion dargestellt werden.
  • Sie ist eine nichtnegative Funktion, das heißt, ihr Wertebereich ist [0, ∞).
01

Überblick: Betragsfunktion

Die Betragsfunktion ist eine elementare mathematische Funktion, die in vielen Bereichen der Mathematik und ihrer Anwendungen eine wichtige Rolle spielt. Sie misst den Abstand einer Zahl zum Nullpunkt auf der Zahlengeraden, unabhängig von deren Vorzeichen. Diese Eigenschaft macht sie besonders nützlich in der Analysis, Algebra und bei der Lösung von Gleichungen und Ungleichungen.

02

Definition der Betragsfunktion

Die Betragsfunktion ordnet jeder reellen Zahl x ihren absoluten Wert |x| zu, der den Abstand von x zum Ursprung 0 auf der Zahlengeraden darstellt. Formal definiert man sie als: |x| = x, wenn x ≥ 0, und |x| = -x, wenn x < 0.

03

Mathematische Eigenschaften

Die Betragsfunktion ist überall stetig, aber an der Stelle x = 0 nicht differenzierbar, da dort die Funktion eine Ecke besitzt. Sie ist eine gerade Funktion, das heißt, |−x| = |x| für alle x ∈ ℝ. Außerdem gilt die Dreiecksungleichung: |x + y| ≤ |x| + |y|.

04

Darstellung als Stückweise definierte Funktion

xBetrag |x|
x ≥ 0x
x < 0-x
05

Beispiele für die Betragsfunktion

✦

Für verschiedene Werte von x ergibt sich folgender Betrag:

06

Anwendungen der Betragsfunktion

Die Betragsfunktion wird in der Analysis zur Definition von Abständen verwendet, in der Algebra zur Lösung von Gleichungen und Ungleichungen und in der Geometrie zur Berechnung von Entfernungen. Auch in der Physik und Technik spielt sie eine Rolle, etwa bei der Messung von Fehlern oder Abweichungen.

07

Graph der Betragsfunktion

Der Graph der Betragsfunktion besteht aus zwei linearen Teilen, die an der Stelle x = 0 zusammenstoßen und eine Spitze bilden. Für x ≥ 0 ist der Graph die Gerade y = x, für x < 0 die Gerade y = -x.

08

Zusammenhang mit anderen Funktionen

Die Betragsfunktion kann als Quadratwurzel des Quadrats einer Zahl geschrieben werden: |x| = √(x²). Sie ist eng verwandt mit der Signumfunktion, die das Vorzeichen einer Zahl angibt.

09

Erweiterungen der Betragsfunktion

In der komplexen Zahlenebene wird der Betrag als Betrag eines komplexen Zahlvektors definiert. Auch in Vektorräumen und normierten Räumen gibt es Verallgemeinerungen des Betrags, die als Norm bezeichnet werden.

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Vorteile und Eigenschaften der Betragsfunktion

VorteileNichtnegativitätEinfache DefinitionWichtige Rolle in Analysis und Algebra
NachteileNicht differenzierbar bei 0Kann bei Ableitungen zu Sonderfällen führen
◇

Zusatzinformationen

◇

Begriff: Betragsfunktion

Mathematische Schreibweise: |x|

Definitionsbereich: ℝ (alle reellen Zahlen)

Wertebereich: [0, ∞)

Funktionsgleichung: |x| = { x, wenn x ≥ 0; -x, wenn x < 0 }

Stetigkeit: Stetig auf ℝ

Differenzierbarkeit: Differenzierbar auf ℝ \ {0}, nicht differenzierbar bei x = 0

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Synonyme und alternative Bezeichnungen

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Häufige Fragen zu Betragsfunktion

Was ist die Betragsfunktion?

Die Betragsfunktion ordnet jeder reellen Zahl ihren absoluten Wert zu, also den Abstand dieser Zahl zum Nullpunkt auf der Zahlengeraden.

Wie ist die Betragsfunktion definiert?

Für eine reelle Zahl x gilt: |x| = x, wenn x ≥ 0, und |x| = -x, wenn x < 0.

Ist die Betragsfunktion differenzierbar?

Die Betragsfunktion ist überall differenzierbar außer an der Stelle x = 0, wo sie eine Spitze hat und nicht differenzierbar ist.

Welche Eigenschaften hat die Betragsfunktion?

Sie ist eine gerade Funktion, nichtnegativ, stetig auf ℝ, erfüllt die Dreiecksungleichung und ist an 0 nicht differenzierbar.

Wofür wird die Betragsfunktion verwendet?

Sie wird zur Bestimmung von Abständen, zur Lösung von Gleichungen und Ungleichungen sowie in der Geometrie und Physik verwendet.

Wie sieht der Graph der Betragsfunktion aus?

Der Graph besteht aus zwei Geraden, die an x = 0 eine Spitze bilden: y = x für x ≥ 0 und y = -x für x < 0.

Gibt es Verallgemeinerungen der Betragsfunktion?

Ja, in komplexen Zahlen und Vektorräumen wird der Betrag durch die Norm verallgemeinert.

▤

Quellen & weiterführende Informationen

Quellenvorschläge und Nachweise zum Artikel. Bitte externe Inhalte eigenständig prüfen.

3 Quellen
  1. 01
    Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler ↗
    Springer Verlag· Hans-Joachim Störmer· BuchKI-Vorschlag · ungeprüft

    Grundlagen der Betragsfunktion und Analysis

    https://www.springer.com/de/book/9783662568224
  2. 02
    Analysis 1: Grundlagen der Analysis ↗
    LMU München· Prof. Dr. Thomas Stoll· LehrmaterialKI-Vorschlag · ungeprüft

    Definition und Eigenschaften der Betragsfunktion

    https://www.mathematik.uni-muenchen.de/~stoll/analysis1.pdf
  3. 03
    Absolutwert und seine Eigenschaften ↗
    Mathe Online· Mathematik Redaktion· Online ArtikelKI-Vorschlag · ungeprüft

    Anschauliche Erklärung der Betragsfunktion

    https://www.mathe-online.at/materialien/analysis/abswert.html

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