Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 17
$\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{ 2x+1}{ x^2} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 2x+1}{ x^2}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ 2x+1 = 0 \\ \\
2 x+1 =0 \qquad /-1 \\
2 x= -1 \qquad /:2 \\
x=\displaystyle\frac{-1}{2}\\
x=-\frac{1}{2}
\\ \underline{x_1=-\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2 = 0 \\ x^2=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_2=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{2(x+\frac{1}{2})}{x^2} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{0\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ 2x+1}{ x^2}
\\ \\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{ 2\cdot x^2-( 2x+1)\cdot 2x}{( x^2)^2}\\
= \frac{ 2x^2-( 4x^2+2x)}{( x^2)^2}\\
= \frac{-2x^2-2x}{( x^2)^2}\\
= \frac{-2x^2-2x}{( x^2)^2}
\\ =\displaystyle\frac{-2(x+1)x}{x^4}
\\ =\displaystyle\frac{-2(x+1)}{x^3}
\\ =\displaystyle \frac{-2x-2}{ x^3}\\ f''\left(x\right)=\frac{(-2)\cdot x^3-(-2x-2)\cdot 3x^2}{( x^3)^2}\\
= \frac{(-2x^3)-(-6x^3-6x^2)}{( x^3)^2}\\
= \frac{ 4x^3+6x^2}{( x^3)^2}\\
= \frac{ 4x^3+6x^2}{( x^3)^2}
\\ =\displaystyle\frac{4(x+1\frac{1}{2})x^2}{x^6}
\\ =\displaystyle\frac{4(x+1\frac{1}{2})}{x^4}
\\ =\displaystyle \frac{ 4x+6}{ x^4}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ 2x+1 = 0 \\ \underline{x_3=-\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-\frac{1}{2}&< x <&0&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\frac{1}{2};0[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-\frac{1}{2}[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}}
\\ \\
\bullet\text{Grenzwerte und Asymtoten: } \\ \\
\lim\limits_{x \rightarrow \pm\infty}{\displaystyle \frac{x( 2+x) }{x^2( 1) }}=0 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=0
\\\lim\limits_{x \rightarrow 0^+}{\displaystyle\frac{2(x+\frac{1}{2})}{x^2}}=\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow 0^-}{\displaystyle\frac{2(x+\frac{1}{2})}{x^2}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=0\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-2x-2}{ x^3} = 0 \\ \\
-2 x-2 =0 \qquad /+2 \\
-2 x= 2 \qquad /:\left(-2\right) \\
x=\displaystyle\frac{2}{-2}\\
x=-1
\\ \underline{x_4=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-1)=2>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (-1/-1)}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-2x-2}{ x^3}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\underline{x_5=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_6=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x <&0&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;0[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 4x+6}{ x^4}\\
\,Zaehler =0 \\\\
4 x+6 =0 \qquad /-6 \\
4 x= -6 \qquad /:4 \\
x=\displaystyle\frac{-6}{4}\\
x=-1\frac{1}{2}
\\ \underline{x_7=-1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_8=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1\frac{1}{2}&< x <&0&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1\frac{1}{2};0[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1\frac{1}{2}[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$