Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 43
$\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^2+x-6}{ 5x-2} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^2+x-6}{ 5x-2}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ x^2+x-6 = 0 \\ \\
\\
1x^{2}+1x-6 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{-1 \pm\sqrt{1^{2}-4\cdot 1 \cdot \left(-6\right)}}{2\cdot1}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-1 \pm\sqrt{25}}{2}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-1 \pm5}{2}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{-1 +5}{2} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-1 -5}{2}
\\
x_{1}=2 \qquad x_{2}=-3
\\ \underline{x_1=-3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ 5x-2 = 0 \\ \\
5 x-2 =0 \qquad /+2 \\
5 x= 2 \qquad /:5 \\
x=\displaystyle\frac{2}{5}\\
x=\frac{2}{5}
\\ \underline{x_3=\frac{2}{5}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{(x+3)(x-2)}{5(x-\frac{2}{5})} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{\frac{2}{5}\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ \frac{1}{5}x^2+\frac{1}{5}x-1\frac{1}{5}}{ x-\frac{2}{5}}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} ( \frac{1}{5}x^2&+\frac{1}{5}x&-1\frac{1}{5}&):( x -\frac{2}{5} )= \frac{1}{5}x +\frac{7}{25} \\
\,-( \frac{1}{5}x^2&-\frac{2}{25}x) \\ \hline
& \frac{7}{25}x&-1\frac{1}{5}&\\
&-( \frac{7}{25}x&-\frac{14}{125}) \\ \hline
&&-1\frac{11}{125}&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)= \frac{1}{5}x+\frac{7}{25}+\frac{-1\frac{11}{125}}{ x-\frac{2}{5}} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{( \frac{2}{5}x+\frac{1}{5})\cdot( x-\frac{2}{5})-( \frac{1}{5}x^2+\frac{1}{5}x-1\frac{1}{5})\cdot 1}{( x-\frac{2}{5})^2}\\
= \frac{( \frac{2}{5}x^2+\frac{1}{25}x-\frac{2}{25})-( \frac{1}{5}x^2+\frac{1}{5}x-1\frac{1}{5})}{( x-\frac{2}{5})^2}\\
= \frac{ \frac{1}{5}x^2-\frac{4}{25}x+1\frac{3}{25}}{( x-\frac{2}{5})^2}\\
= \frac{ \frac{1}{5}x^2-\frac{4}{25}x+1\frac{3}{25}}{( x-\frac{2}{5})^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{( \frac{2}{5}x-\frac{4}{25})\cdot( x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25})-( \frac{1}{5}x^2-\frac{4}{25}x+1\frac{3}{25})\cdot( 2x-\frac{4}{5})}{( x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25})^2}\\
= \frac{( \frac{2}{5}x^3-\frac{12}{25}x^2+\frac{24}{125}x-0,0256)-( \frac{2}{5}x^3-\frac{12}{25}x^2+2\frac{46}{125}x-\frac{112}{125})}{( x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25})^2}\\
= \frac{-2\frac{22}{125}x+0,87}{( x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25})^2}\\
= \frac{-2\frac{22}{125}x+0,87}{( x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25})^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ \frac{1}{5}x^2+\frac{1}{5}x-1\frac{1}{5} = 0 \\ \underline{x_4=-3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_5=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-3&< x <&\frac{2}{5}&< x <&2&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-3;\frac{2}{5}[\quad \cup \quad]2;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-3[\quad \cup \quad]\frac{2}{5};2[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}}
\\ \\
\bullet\text{Grenzwerte und Asymtoten: } \\ \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{\displaystyle \frac{x^2( 1+x-\dfrac{6}{x^2}) }{x( 5-\dfrac{2}{x}) }}=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{\displaystyle \frac{x^2( 1+x-\dfrac{6}{x^2}) }{x( 5-\dfrac{2}{x}) }}=\infty \\ \\
\text{Schiefe Asymptote:} y= \frac{1}{5}x+\frac{7}{25}
\\\lim\limits_{x \rightarrow \frac{2}{5}^+}{\displaystyle\frac{\frac{1}{5}(x+3)(x-2)}{(x-\frac{2}{5})}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow \frac{2}{5}^-}{\displaystyle\frac{\frac{1}{5}(x+3)(x-2)}{(x-\frac{2}{5})}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=\frac{2}{5}\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{ \frac{1}{5}x^2-\frac{4}{25}x+1\frac{3}{25}}{ x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25}} = 0 \\ \\
\frac{1}{5}x^{2}-\frac{4}{25}x+1\frac{3}{25} =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+\frac{4}{25} \pm\sqrt{\left(-\frac{4}{25}\right)^{2}-4 \cdot \frac{1}{5} \cdot 1\frac{3}{25}}}{2\cdot\frac{1}{5}}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+\frac{4}{25} \pm\sqrt{-0,87}}{\frac{2}{5}}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{ \frac{1}{5}x^2-\frac{4}{25}x+1\frac{3}{25}}{ x^2-\frac{4}{5}x+\frac{4}{25}}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_6=\frac{2}{5}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &\frac{2}{5}&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;\frac{2}{5}[\quad \cup \quad]\frac{2}{5};\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-2\frac{22}{125}x+0,87}{ x^4-1\frac{3}{5}x^3+\frac{24}{25}x^2-\frac{32}{125}x+0,0256}\\
\,Zaehler =0 \\\\
-2\frac{22}{125} x+0,87 =0 \qquad /-0,87 \\
-2\frac{22}{125} x= -0,87 \qquad /:\left(-2\frac{22}{125}\right) \\
x=\displaystyle\frac{-0,87}{-2\frac{22}{125}}\\
x=\frac{2}{5}
\\ \underline{x_7=\frac{2}{5}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_8=\frac{2}{5}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &\frac{2}{5}&< x <&\frac{2}{5}&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;\frac{2}{5}[\quad \cup \quad]\frac{2}{5};\frac{2}{5}[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]\frac{2}{5};\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$