Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 11
$\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{-1\frac{1}{2}}{ x^2-6x+9} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{-1\frac{1}{2}}{ x^2-6x+9}
\\
\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2-6x+9 = 0 \\ \\
\\
1x^{2}-6x+9 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+6 \pm\sqrt{\left(-6\right)^{2}-4\cdot 1 \cdot 9}}{2\cdot1}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+6 \pm\sqrt{0}}{2}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{6 \pm0}{2}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{6 +0}{2} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{6 -0}{2}
\\
x_{1}=3 \qquad x_{2}=3
\\ \underline{x_1=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{-1\frac{1}{2}}{(x-3)^2} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{3\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{-1\frac{1}{2}}{ x^2-6x+9}
\\ \\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^2-6x+9)-(-1\frac{1}{2})\cdot( 2x-6)}{( x^2-6x+9)^2}\\
= \frac{0-(-3x+9)}{( x^2-6x+9)^2}\\
= \frac{ 3x-9}{( x^2-6x+9)^2}\\
= \frac{ 3x-9}{( x^2-6x+9)^2}
\\ =\displaystyle\frac{3(x-3)}{(x-3)^4}
\\ =\displaystyle\frac{3}{(x-3)^3}
\\ =\displaystyle \frac{ 3}{ x^3-9x^2+27x-27}\\ f''\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^3-9x^2+27x-27)- 3\cdot( 3x^2-18x+27)}{( x^3-9x^2+27x-27)^2}\\
= \frac{0-( 9x^2-54x+81)}{( x^3-9x^2+27x-27)^2}\\
= \frac{-9x^2+54x-81}{( x^3-9x^2+27x-27)^2}\\
= \frac{-9x^2+54x-81}{( x^3-9x^2+27x-27)^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\-1\frac{1}{2} = 0 \\ \text{keine Loesung} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &3&< x\\
\hline
f(x)&-&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;3[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}}
\\ \\
\bullet\text{Grenzwerte und Asymtoten: } \\ \\
\lim\limits_{x \rightarrow \pm\infty}{\displaystyle \frac{(-1\frac{1}{2})}{x^2( 1-\dfrac{6}{x}+\dfrac{9}{x^2}) }}=0 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=0
\\\lim\limits_{x \rightarrow 3^+}{\displaystyle\frac{-1\frac{1}{2}}{(x-3)^2}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow 3^-}{\displaystyle\frac{-1\frac{1}{2}}{(x-3)^2}}=-\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=3\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{ 3}{ x^3-9x^2+27x-27} = 0 \\ \text{keine Loesung} \\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 3}{ x^3-9x^2+27x-27}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_2=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &3&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]3;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;3[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-9x^2+54x-81}{ x^6-18x^5+135x^4-540x^3+1,22\cdot 10^{3}x^2-1,46\cdot 10^{3}x+729}\\
\,Zaehler =0 \\\\
\\
-9x^{2}+54x-81 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{-54 \pm\sqrt{54^{2}-4\cdot \left(-9\right) \cdot \left(-81\right)}}{2\cdot\left(-9\right)}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-54 \pm\sqrt{0}}{-18}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-54 \pm0}{-18}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{-54 +0}{-18} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-54 -0}{-18}
\\
x_{1}=3 \qquad x_{2}=3
\\ \underline{x_3=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_4=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &3&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;3[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$