Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 42
$\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{1}{2}x^3+4 \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= \frac{1}{2}x^3+4=\frac{1}{2}(x^2-2x+4)(x+2)\\
f'\left(x\right)= 1\frac{1}{2}x^2\\
f''\left(x\right)= 3x\\
f'''\left(x\right)= 3
\\
F(x)=\int_{}^{}( \frac{1}{2}x^3+4)dx= \frac{1}{8}x^4+4x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^3( \frac{1}{2}+\dfrac{4}{x^3}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{2}\cdot \infty^3]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{2}\cdot (-\infty)^3]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=\frac{1}{2}\cdot (-x)^{3}+4 \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= \frac{1}{2}x^3+4 = 0 \\ \\ \frac{1}{2}x^3+4=0 \\
\frac{1}{2}x^3+4 =0 \qquad /-4 \\
\frac{1}{2}x^3= -4 \qquad /:\frac{1}{2} \\
x^3=\displaystyle\frac{-4}{\frac{1}{2}} \\
x=\sqrt[3]{-8} \\
x=-2
\\ \text{Polynomdivision:}(-2)\\
\small \begin{matrix} ( \frac{1}{2}x^3&&&+4&):( x +2 )= \frac{1}{2}x^2 -1x +2 \\
\,-( \frac{1}{2}x^3&+x^2) \\ \hline
&-1x^2&&+4&\\
&-(-1x^2&-2x) \\ \hline
&& 2x&+4&\\
&&-( 2x&+4) \\ \hline
&&&0\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\
\frac{1}{2}x^{2}-1x+2 =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+1 \pm\sqrt{\left(-1\right)^{2}-4 \cdot \frac{1}{2} \cdot 2}}{2\cdot\frac{1}{2}}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+1 \pm\sqrt{-3}}{1}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_1=-2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-2&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-2;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-2[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 1\frac{1}{2}x^2 = 0 \\ x^2=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_2=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=4 \\
f''(0)=0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Terrassenpukt:} (0/4)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 3x = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_3=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(0)=4\\
f'''(0) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (0/4)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\\text{keine Fläche}
\\ \\
\end{array}$