Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 27
$\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{-1x+2}{ \frac{1}{2}x-\frac{1}{4}} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{-1x+2}{ \frac{1}{2}x-\frac{1}{4}}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\-1x+2 = 0 \\ \\
-1 x+2 =0 \qquad /-2 \\
-1 x= -2 \qquad /:\left(-1\right) \\
x=\displaystyle\frac{-2}{-1}\\
x=2
\\ \underline{x_1=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ \frac{1}{2}x-\frac{1}{4} = 0 \\ \\
\frac{1}{2} x-\frac{1}{4} =0 \qquad /+\frac{1}{4} \\
\frac{1}{2} x= \frac{1}{4} \qquad /:\frac{1}{2} \\
x=\displaystyle\frac{\frac{1}{4}}{\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{-1(x-2)}{\frac{1}{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{-2x+4}{ x-\frac{1}{2}}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} (-2x&+4&):( x -\frac{1}{2} )=-2 \\
\,-(-2x&+1) \\ \hline
& 3&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)=-2+\frac{ 3}{ x-\frac{1}{2}} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{(-2)\cdot( x-\frac{1}{2})-(-2x+4)\cdot 1}{( x-\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{(-2x+1)-(-2x+4)}{( x-\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{-3}{( x-\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{-3}{( x-\frac{1}{2})^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^2-1x+\frac{1}{4})-(-3)\cdot( 2x-1)}{( x^2-1x+\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{0-(-6x+3)}{( x^2-1x+\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{ 6x-3}{( x^2-1x+\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{ 6x-3}{( x^2-1x+\frac{1}{4})^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\-2x+4 = 0 \\ \underline{x_3=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &\frac{1}{2}&< x <&2&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]\frac{1}{2};2[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;\frac{1}{2}[\quad \cup \quad]2;\infty[\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+\dfrac{2}{x}) }{x( \frac{1}{2}-\dfrac{\frac{1}{4}}{x}) }}=\frac{-2}{1}=-2 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=-2
\\\lim\limits_{x \rightarrow \frac{1}{2}^+}{\displaystyle\frac{-2(x-2)}{(x-\frac{1}{2})}}=\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow \frac{1}{2}^-}{\displaystyle\frac{-2(x-2)}{(x-\frac{1}{2})}}=-\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=\frac{1}{2}\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-3}{ x^2-1x+\frac{1}{4}} = 0 \\ \text{keine Loesung} \\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-3}{ x^2-1x+\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{ 6x-3}{ x^4-2x^3+1\frac{1}{2}x^2-\frac{1}{2}x+\frac{1}{16}}\\
\,Zaehler =0 \\\\
6 x-3 =0 \qquad /+3 \\
6 x= 3 \qquad /:6 \\
x=\displaystyle\frac{3}{6}\\
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 ]\frac{1}{2};\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;\frac{1}{2}[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$