Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale 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{Stammfunktion}
\\ \text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\ \text{Funktion:}f\left(x\right)=-\frac{8}{49}x^2-\frac{24}{49}x+1\frac{31}{49} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)=-\frac{8}{49}x^2-\frac{24}{49}x+1\frac{31}{49}=-\frac{8}{49}(x+5)(x-2)\\
f'\left(x\right)=-\frac{16}{49}x-\frac{24}{49}\\
f''\left(x\right)=-\frac{16}{49}\\
F(x)=\int_{}^{}(-\frac{8}{49}x^2-\frac{24}{49}x+1\frac{31}{49})dx=-0,0544x^3-\frac{12}{49}x^2+1\frac{31}{49}x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = ]-\infty,2] \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^2(-\frac{8}{49}-\dfrac{\frac{24}{49}}{x}+\dfrac{1\frac{31}{49}}{x^2}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{8}{49}\cdot \infty^2]=-\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{8}{49}\cdot (-\infty)^2]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=-\frac{8}{49}\cdot (-x)^{2}-\frac{24}{49}\cdot (-x)+1\frac{31}{49} \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)=-\frac{8}{49}x^2-\frac{24}{49}x+1\frac{31}{49} = 0 \\ \\
\\
-\frac{8}{49}x^{2}-\frac{24}{49}x+1\frac{31}{49} =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+\frac{24}{49} \pm\sqrt{\left(-\frac{24}{49}\right)^{2}-4\cdot \left(-\frac{8}{49}\right) \cdot 1\frac{31}{49}}}{2\cdot\left(-\frac{8}{49}\right)}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+\frac{24}{49} \pm\sqrt{1\frac{15}{49}}}{-\frac{16}{49}}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{\frac{24}{49} \pm1\frac{1}{7}}{-\frac{16}{49}}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{\frac{24}{49} +1\frac{1}{7}}{-\frac{16}{49}} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{\frac{24}{49} -1\frac{1}{7}}{-\frac{16}{49}}
\\
x_{1}=-5 \qquad x_{2}=2
\\ \underline{x_1=-5; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-5&< x <&2&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-5;2[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-5[\quad \cup \quad]2;\infty[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=-\frac{16}{49}x-\frac{24}{49} = 0 \\ \\
-\frac{16}{49} x-\frac{24}{49} =0 \qquad /+\frac{24}{49} \\
-\frac{16}{49} x= \frac{24}{49} \qquad /:\left(-\frac{16}{49}\right) \\
x=\displaystyle\frac{\frac{24}{49}}{-\frac{16}{49}}\\
x=-1\frac{1}{2}
\\ \underline{x_3=-1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-1\frac{1}{2})=-\frac{16}{49} \\
f''(-1\frac{1}{2})<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (-1\frac{1}{2}/2)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1\frac{1}{2}&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1\frac{1}{2}[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1\frac{1}{2};\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-5}^{2}\left(-\frac{8}{49}x^2-\frac{24}{49}x+1\frac{31}{49}\right)dx=\left[-0,0544x^3-\frac{12}{49}x^2+1\frac{31}{49}x\right]_{-5}^{2}
\\ =\left(-0,0544\cdot 2^{3}-\frac{12}{49}\cdot 2^{2}+1\frac{31}{49}\cdot 2\right)-\left(-0,0544\cdot (-5)^{3}-\frac{12}{49}\cdot (-5)^{2}+1\frac{31}{49}\cdot (-5)\right)
\\ =\left(1,85\right)-\left(-7,48\right)=9\frac{1}{3}
\\ \\
\end{array}$