Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 24
$\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{6}{25}x^2+1\frac{23}{25}x+2\frac{4}{25} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)=-\frac{6}{25}x^2+1\frac{23}{25}x+2\frac{4}{25}=-\frac{6}{25}(x+1)(x-9)\\
f'\left(x\right)=-\frac{12}{25}x+1\frac{23}{25}\\
f''\left(x\right)=-\frac{12}{25}\\
F(x)=\int_{}^{}(-\frac{6}{25}x^2+1\frac{23}{25}x+2\frac{4}{25})dx=-\frac{2}{25}x^3+\frac{24}{25}x^2+2\frac{4}{25}x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = ]-\infty,6] \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^2(-\frac{6}{25}+\dfrac{1\frac{23}{25}}{x}+\dfrac{2\frac{4}{25}}{x^2}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{6}{25}\cdot \infty^2]=-\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{6}{25}\cdot (-\infty)^2]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=-\frac{6}{25}\cdot (-x)^{2}+1\frac{23}{25}\cdot (-x)+2\frac{4}{25} \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)=-\frac{6}{25}x^2+1\frac{23}{25}x+2\frac{4}{25} = 0 \\ \\
\\
-\frac{6}{25}x^{2}+1\frac{23}{25}x+2\frac{4}{25} =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{-1\frac{23}{25} \pm\sqrt{\left(1\frac{23}{25}\right)^{2}-4\cdot \left(-\frac{6}{25}\right) \cdot 2\frac{4}{25}}}{2\cdot\left(-\frac{6}{25}\right)}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-1\frac{23}{25} \pm\sqrt{5\frac{19}{25}}}{-\frac{12}{25}}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-1\frac{23}{25} \pm2\frac{2}{5}}{-\frac{12}{25}}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{-1\frac{23}{25} +2\frac{2}{5}}{-\frac{12}{25}} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-1\frac{23}{25} -2\frac{2}{5}}{-\frac{12}{25}}
\\
x_{1}=-1 \qquad x_{2}=9
\\ \underline{x_1=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=9; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x <&9&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;9[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]9;\infty[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=-\frac{12}{25}x+1\frac{23}{25} = 0 \\ \\
-\frac{12}{25} x+1\frac{23}{25} =0 \qquad /-1\frac{23}{25} \\
-\frac{12}{25} x= -1\frac{23}{25} \qquad /:\left(-\frac{12}{25}\right) \\
x=\displaystyle\frac{-1\frac{23}{25}}{-\frac{12}{25}}\\
x=4
\\ \underline{x_3=4; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(4)=-\frac{12}{25} \\
f''(4)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (4/6)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &4&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;4[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]4;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-1}^{9}\left(-\frac{6}{25}x^2+1\frac{23}{25}x+2\frac{4}{25}\right)dx=\left[-\frac{2}{25}x^3+\frac{24}{25}x^2+2\frac{4}{25}x\right]_{-1}^{9}
\\ =\left(-\frac{2}{25}\cdot 9^{3}+\frac{24}{25}\cdot 9^{2}+2\frac{4}{25}\cdot 9\right)-\left(-\frac{2}{25}\cdot (-1)^{3}+\frac{24}{25}\cdot (-1)^{2}+2\frac{4}{25}\cdot (-1)\right)
\\ =\left(38\frac{22}{25}\right)-\left(-1\frac{3}{25}\right)=40
\\ \\
\end{array}$