Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 32
$\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+x}{ x^2-1} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{-1x^2+x}{ x^2-1}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\-1x^2+x = 0 \\ x(-1x+1)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad-1x+1=0\\
-1 x+1 =0 \qquad /-1 \\
-1 x= -1 \qquad /:\left(-1\right) \\
x=\displaystyle\frac{-1}{-1}\\
x=1
\\ \underline{x_1=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2-1 = 0 \\ \\
1x^2-1 =0 \qquad /+1 \\
1x^2= 1 \qquad /:1 \\
x^2=\displaystyle\frac{1}{1} \\
x=\pm\sqrt{1} \\
x_1=1 \qquad x_2=-1
\\ \underline{x_3=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{-1x(x-1)}{(x+1)(x-1)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{-1;1\right\} \\
\bullet \text{Term gekürzen}\\ f\left(x\right)= \displaystyle\frac{-1x}{(x+1)}\\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{-1x}{ x+1}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} (-1x&&):( x +1 )=-1 \\
\,-(-1x&-1) \\ \hline
& 1&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)=-1+\frac{ 1}{ x+1} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{(-1)\cdot( x+1)-(-1x)\cdot 1}{( x+1)^2}\\
= \frac{(-1x-1)-(-1x)}{( x+1)^2}\\
= \frac{-1}{( x+1)^2}\\
= \frac{-1}{( x+1)^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{0\cdot( x^2+2x+1)-(-1)\cdot( 2x+2)}{( x^2+2x+1)^2}\\
= \frac{0-(-2x-2)}{( x^2+2x+1)^2}\\
= \frac{ 2x+2}{( x^2+2x+1)^2}\\
= \frac{ 2x+2}{( x^2+2x+1)^2}
\\ =\displaystyle\frac{2(x+1)}{(x+1)^4}
\\ =\displaystyle\frac{2}{(x+1)^3}
\\ =\displaystyle \frac{ 2}{ x^3+3x^2+3x+1}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\-1x = 0 \\ \underline{x_5=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x <&0&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;0[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]0;\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^2(-1+x) }{x^2( 1-\dfrac{1}{x^2}) }}=\frac{-1}{1}=-1 \\
\text{Horizontale Asymptote: } y=-1
\\\lim\limits_{x \rightarrow -1^+}{\displaystyle\frac{-1x}{(x+1)}}=\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow -1^-}{\displaystyle\frac{-1x}{(x+1)}}=-\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=-1\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-1}{ x^2+2x+1} = 0 \\ \text{keine Loesung} \\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-1}{ x^2+2x+1}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_6=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]-1;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 2}{ x^3+3x^2+3x+1}\\
\,Zaehler =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_7=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$