Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 26
$\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{ x}{ 2x+1} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x}{ 2x+1}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ x = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_1=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner 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_2=-\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{x}{2(x+\frac{1}{2})} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{-\frac{1}{2}\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ \frac{1}{2}x}{ x+\frac{1}{2}}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} ( \frac{1}{2}x&&):( x +\frac{1}{2} )= \frac{1}{2} \\
\,-( \frac{1}{2}x&+\frac{1}{4}) \\ \hline
&-\frac{1}{4}&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)= \frac{1}{2}+\frac{-\frac{1}{4}}{ x+\frac{1}{2}} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{ \frac{1}{2}\cdot( x+\frac{1}{2})- \frac{1}{2}x\cdot 1}{( x+\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{( \frac{1}{2}x+\frac{1}{4})- \frac{1}{2}x}{( x+\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{\frac{1}{4}}{( x+\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{\frac{1}{4}}{( x+\frac{1}{2})^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^2+x+\frac{1}{4})- \frac{1}{4}\cdot( 2x+1)}{( x^2+x+\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{0-( \frac{1}{2}x+\frac{1}{4})}{( x^2+x+\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{-\frac{1}{2}x-\frac{1}{4}}{( x^2+x+\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{-\frac{1}{2}x-\frac{1}{4}}{( x^2+x+\frac{1}{4})^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ \frac{1}{2}x = 0 \\ \underline{x_3=0; \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 ]-\infty;-\frac{1}{2}[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\frac{1}{2};0[\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) }{x( 2+x) }}=\frac{0,5}{1}=\frac{1}{2} \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=\frac{1}{2}
\\\lim\limits_{x \rightarrow -\frac{1}{2}^+}{\displaystyle\frac{\frac{1}{2}x}{(x+\frac{1}{2})}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow -\frac{1}{2}^-}{\displaystyle\frac{\frac{1}{2}x}{(x+\frac{1}{2})}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=-\frac{1}{2}\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{ \frac{1}{4}}{ x^2+x+\frac{1}{4}} = 0 \\ \text{keine Loesung} \\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{ \frac{1}{4}}{ x^2+x+\frac{1}{4}}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_4=-\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-\frac{1}{2}&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-\frac{1}{2}[\quad \cup \quad]-\frac{1}{2};\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-\frac{1}{2}x-\frac{1}{4}}{ x^4+2x^3+1\frac{1}{2}x^2+\frac{1}{2}x+\frac{1}{16}}\\
\,Zaehler =0 \\\\
-\frac{1}{2} x-\frac{1}{4} =0 \qquad /+\frac{1}{4} \\
-\frac{1}{2} x= \frac{1}{4} \qquad /:\left(-\frac{1}{2}\right) \\
x=\displaystyle\frac{\frac{1}{4}}{-\frac{1}{2}}\\
x=-\frac{1}{2}
\\ \underline{x_5=-\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_6=-\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-\frac{1}{2}&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-\frac{1}{2}[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\frac{1}{2};\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$