Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 16
$\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{-1x+3}{ x^2-9} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{-1x+3}{ x^2-9}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\-1x+3 = 0 \\ \\
-1 x+3 =0 \qquad /-3 \\
-1 x= -3 \qquad /:\left(-1\right) \\
x=\displaystyle\frac{-3}{-1}\\
x=3
\\ \underline{x_1=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2-9 = 0 \\ \\
1x^2-9 =0 \qquad /+9 \\
1x^2= 9 \qquad /:1 \\
x^2=\displaystyle\frac{9}{1} \\
x=\pm\sqrt{9} \\
x_1=3 \qquad x_2=-3
\\ \underline{x_2=-3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_3=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{-1(x-3)}{(x+3)(x-3)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{-3;3\right\} \\
\bullet \text{Term gekürzen}\\ f\left(x\right)= \displaystyle\frac{-1}{(x+3)}\\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{-1}{ x+3}
\\ \\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{0\cdot( x+3)-(-1)\cdot 1}{( x+3)^2}\\
= \frac{0-(-1)}{( x+3)^2}\\
= \frac{ 1}{( x+3)^2}\\
= \frac{ 1}{( x+3)^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^2+6x+9)- 1\cdot( 2x+6)}{( x^2+6x+9)^2}\\
= \frac{0-( 2x+6)}{( x^2+6x+9)^2}\\
= \frac{-2x-6}{( x^2+6x+9)^2}\\
= \frac{-2x-6}{( x^2+6x+9)^2}
\\ =\displaystyle\frac{-2(x+3)}{(x+3)^4}
\\ =\displaystyle\frac{-2}{(x+3)^3}
\\ =\displaystyle \frac{-2}{ x^3+9x^2+27x+27}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\-1 = 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 f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-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{x(-1+\dfrac{3}{x}) }{x^2( 1-\dfrac{9}{x^2}) }}=0 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=0
\\\lim\limits_{x \rightarrow -3^+}{\displaystyle\frac{-1}{(x+3)}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow -3^-}{\displaystyle\frac{-1}{(x+3)}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=-3\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{ 1}{ x^2+6x+9} = 0 \\ \text{keine Loesung} \\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 1}{ x^2+6x+9}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_4=-3; \quad1\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{streng monoton steigend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-2}{ x^3+9x^2+27x+27}\\
\,Zaehler =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_5=-3; \quad1\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 f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-3;\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$