Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 12
$\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{ 9x}{ x^2+3} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 9x}{ x^2+3}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ 9x = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_1=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2+3 = 0 \\ \\
1x^2+3 =0 \qquad /-3 \\
1x^2= -3 \qquad /:1 \\
x^2=\displaystyle\frac{-3}{1}\\
\text{keine Lösung}
\\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{9x}{(x^2+3)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ 9x}{ x^2+3}
\\ \\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{ 9\cdot( x^2+3)- 9x\cdot 2x}{( x^2+3)^2}\\
= \frac{( 9x^2+27)- 18x^2}{( x^2+3)^2}\\
= \frac{-9x^2+27}{( x^2+3)^2}\\
= \frac{-9x^2+27}{( x^2+3)^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{(-18x)\cdot( x^4+6x^2+9)-(-9x^2+27)\cdot( 4x^3+12x)}{( x^4+6x^2+9)^2}\\
= \frac{(-18x^5-108x^3-162x)-(-36x^5+324x)}{( x^4+6x^2+9)^2}\\
= \frac{ 18x^5-108x^3-486x}{( x^4+6x^2+9)^2}\\
= \frac{ 18x^5-108x^3-486x}{( x^4+6x^2+9)^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ 9x = 0 \\ \underline{x_2=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}}
\\ \\
\bullet\text{Grenzwerte und Asymtoten: } \\ \\
\lim\limits_{x \rightarrow \pm\infty}{\displaystyle \frac{x( 9) }{x^2( 1+\dfrac{3}{x^2}) }}=0 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=0
\\ \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-9x^2+27}{ x^4+6x^2+9} = 0 \\ \\
-9x^2+27 =0 \qquad /-27 \\
-9x^2= -27 \qquad /:\left(-9\right) \\
x^2=\displaystyle\frac{-27}{-9} \\
x=\pm\sqrt{3} \\
x_1=1,73 \qquad x_2=-1,73
\\ \underline{x_3=-1,73; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=1,73; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-1,73)=0,866>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (-1,73/-2,6)}
\\ f''(1,73)=-0,866 \\
f''(1,73)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (1,73/2,6)}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-9x^2+27}{ x^4+6x^2+9}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\underline{x_5=-1,73; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_6=1,73; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1,73&< x <&1,73&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1,73;1,73[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1,73[\quad \cup \quad]1,73;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 18x^5-108x^3-486x}{ x^8+12x^6+54x^4+108x^2+81}\\
\,Zaehler =0 \\ x( 18x^4-108x^2-486)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 18x^4-108x^2-486=0\\
\\
u=x^{2} \qquad u^2=x^{4} \\
18u^{2}-108u-486 =0 \\
\\
u_{1/2}=\displaystyle\frac{+108 \pm\sqrt{\left(-108\right)^{2}-4\cdot 18 \cdot \left(-486\right)}}{2\cdot18}
\\
u_{1/2}=\displaystyle \frac{+108 \pm\sqrt{4,67\cdot 10^{4}}}{36}
\\
u_{1/2}=\displaystyle \frac{108 \pm216}{36}
\\
u_{1}=\displaystyle \frac{108 +216}{36} \qquad u_{2}=\displaystyle \frac{108 -216}{36}
\\
u_{1}=9 \qquad u_{2}=-3
\\
x^2= 9 \\
x=\pm\sqrt{9} \\
x_1=3 \qquad x_2=-3
\\
x^2= -3
x=\pm\sqrt{-3} \\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_7=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_8=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&3&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;3[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$