Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 08
$\begin{array}{l} \text{Gesucht:}\\ \text{Definitions- und Wertebereich}
\\ \text{Grenzwerte}
\\ \text{Symmetrie}
\\ \text{Nullstellen - Schnittpunkt mit der x-Achse}
\\ \text{Ableitungen - Stammfunktion}
\\ \text{Extremwerte - Monotonie}
\\ \text{Wendepunkte - Krümmung}
\\ \text{Funktion:}f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 3}{ x^2+4} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 3}{ x^2+4}
\\
\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2+4 = 0 \\ \\
1x^2+4 =0 \qquad /-4 \\
1x^2= -4 \qquad /:1 \\
x^2=\displaystyle\frac{-4}{1}\\
\text{keine Lösung}
\\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{ 3}{(x^2+4)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ 3}{ x^2+4}
\\ \\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^2+4)- 3\cdot 2x}{( x^2+4)^2}\\
= \frac{0- 6x}{( x^2+4)^2}\\
= \frac{-6x}{( x^2+4)^2}\\
= \frac{-6x}{( x^2+4)^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{(-6)\cdot( x^4+8x^2+16)-(-6x)\cdot( 4x^3+16x)}{( x^4+8x^2+16)^2}\\
= \frac{(-6x^4-48x^2-96)-(-24x^4-96x^2)}{( x^4+8x^2+16)^2}\\
= \frac{ 18x^4+48x^2-96}{( x^4+8x^2+16)^2}\\
= \frac{ 18x^4+48x^2-96}{( x^4+8x^2+16)^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ 3 = 0 \\ \text{keine Loesung} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\\text{kein Vorzeichenwechsel} \\\underline{ x \in \mathbb{R} \qquad f(x)>0\quad \text{oberhalb der x-Achse}}
\\ \\
\bullet\text{Grenzwerte und Asymtoten: } \\ \\
\lim\limits_{x \rightarrow \pm\infty}{\displaystyle \frac{3}{x^2( 1+\dfrac{4}{x^2}) }}=0 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=0
\\ \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-6x}{ x^4+8x^2+16} = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_1=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=-\frac{3}{8} \\
f''(0)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (0/\frac{3}{4})}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-6x}{ x^4+8x^2+16}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\underline{x_2=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 18x^4+48x^2-96}{ x^8+16x^6+96x^4+256x^2+256}\\
\,Zaehler =0 \\\\
\\
u=x^{2} \qquad u^2=x^{4} \\
18u^{2}+48u-96 =0 \\
\\
u_{1/2}=\displaystyle\frac{-48 \pm\sqrt{48^{2}-4\cdot 18 \cdot \left(-96\right)}}{2\cdot18}
\\
u_{1/2}=\displaystyle \frac{-48 \pm\sqrt{9,22\cdot 10^{3}}}{36}
\\
u_{1/2}=\displaystyle \frac{-48 \pm96}{36}
\\
u_{1}=\displaystyle \frac{-48 +96}{36} \qquad u_{2}=\displaystyle \frac{-48 -96}{36}
\\
u_{1}=1\frac{1}{3} \qquad u_{2}=-4
\\
x^2= 1\frac{1}{3} \\
x=\pm\sqrt{1\frac{1}{3}} \\
x_1=1,15 \qquad x_2=-1,15
\\
x^2= -4
x=\pm\sqrt{-4} \\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_3=-1,15; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=1,15; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1,15&< x <&1,15&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1,15[\quad \cup \quad]1,15;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1,15;1,15[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$