Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 18
$\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{ 3x-1}{ x^2} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 3x-1}{ x^2}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ 3x-1 = 0 \\ \\
3 x-1 =0 \qquad /+1 \\
3 x= 1 \qquad /:3 \\
x=\displaystyle\frac{1}{3}\\
x=\frac{1}{3}
\\ \underline{x_1=\frac{1}{3}; \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{3(x-\frac{1}{3})}{x^2} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{0\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ 3x-1}{ x^2}
\\ \\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{ 3\cdot x^2-( 3x-1)\cdot 2x}{( x^2)^2}\\
= \frac{ 3x^2-( 6x^2-2x)}{( x^2)^2}\\
= \frac{-3x^2+2x}{( x^2)^2}\\
= \frac{-3x^2+2x}{( x^2)^2}
\\ =\displaystyle\frac{-3x(x-\frac{2}{3})}{x^4}
\\ =\displaystyle\frac{-3(x-\frac{2}{3})}{x^3}
\\ =\displaystyle \frac{-3x+2}{ x^3}\\ f''\left(x\right)=\frac{(-3)\cdot x^3-(-3x+2)\cdot 3x^2}{( x^3)^2}\\
= \frac{(-3x^3)-(-9x^3+6x^2)}{( x^3)^2}\\
= \frac{ 6x^3-6x^2}{( x^3)^2}\\
= \frac{ 6x^3-6x^2}{( x^3)^2}
\\ =\displaystyle\frac{6x^2(x-1)}{x^6}
\\ =\displaystyle\frac{6(x-1)}{x^4}
\\ =\displaystyle \frac{ 6x-6}{ x^4}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ 3x-1 = 0 \\ \underline{x_3=\frac{1}{3}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&\frac{1}{3}&< x\\
\hline
f(x)&-&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]\frac{1}{3};\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;\frac{1}{3}[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}}
\\ \\
\bullet\text{Grenzwerte und Asymtoten: } \\ \\
\lim\limits_{x \rightarrow \pm\infty}{\displaystyle \frac{x( 3-\dfrac{1}{x}) }{x^2( 1) }}=0 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=0
\\\lim\limits_{x \rightarrow 0^+}{\displaystyle\frac{3(x-\frac{1}{3})}{x^2}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow 0^-}{\displaystyle\frac{3(x-\frac{1}{3})}{x^2}}=-\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=0\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-3x+2}{ x^3} = 0 \\ \\
-3 x+2 =0 \qquad /-2 \\
-3 x= -2 \qquad /:\left(-3\right) \\
x=\displaystyle\frac{-2}{-3}\\
x=\frac{2}{3}
\\ \underline{x_4=\frac{2}{3}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(\frac{2}{3})=-10\frac{1}{8} \\
f''(\frac{2}{3})<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (\frac{2}{3}/2\frac{1}{4})}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-3x+2}{ x^3}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\underline{x_5=\frac{2}{3}; \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 < &0&< x <&\frac{2}{3}&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\frac{2}{3}[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]\frac{2}{3};\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 6x-6}{ x^4}\\
\,Zaehler =0 \\\\
6 x-6 =0 \qquad /+6 \\
6 x= 6 \qquad /:6 \\
x=\displaystyle\frac{6}{6}\\
x=1
\\ \underline{x_7=1; \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 < &0&< x <&1&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]1;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;1[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$