Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 44
$\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^2-1}{ x} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^2-1}{ x}
\\
\text{Zaehler 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_1=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_3=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{(x+1)(x-1)}{x} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{0\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ x^2-1}{ x}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} ( x^2&&-1&):( x )= x \\
\,-( x^2) \\ \hline
&-1&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)= x+\frac{-1}{ x} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{ 2x\cdot x-( x^2-1)\cdot 1}{( x)^2}\\
= \frac{ 2x^2-( x^2-1)}{( x)^2}\\
= \frac{ x^2+1}{( x)^2}\\
= \frac{ x^2+1}{( x)^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{ 2x\cdot x^2-( x^2+1)\cdot 2x}{( x^2)^2}\\
= \frac{ 2x^3-( 2x^3+2x)}{( x^2)^2}\\
= \frac{-2x}{( x^2)^2}\\
= \frac{-2x}{( x^2)^2}
\\ =\displaystyle\frac{-2x}{x^4}
\\ =\displaystyle\frac{-2}{x^3}
\\ =\displaystyle \frac{-2}{ x^3}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ x^2-1 = 0 \\ \underline{x_4=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_5=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x <&0&< x <&1&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;0[\quad \cup \quad]1;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]0;1[\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-\dfrac{1}{x^2}) }{x( 1) }}=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{\displaystyle \frac{x^2( 1-\dfrac{1}{x^2}) }{x( 1) }}=\infty \\ \\
\text{Schiefe Asymptote:} y= x
\\\lim\limits_{x \rightarrow 0^+}{\displaystyle\frac{(x+1)(x-1)}{x}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow 0^-}{\displaystyle\frac{(x+1)(x-1)}{x}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=0\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{ x^2+1}{ x^2} = 0 \\ \\
1x^2+1 =0 \qquad /-1 \\
1x^2= -1 \qquad /:1 \\
x^2=\displaystyle\frac{-1}{1}\\
\text{keine Lösung}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^2+1}{ x^2}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_6=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\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{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-2}{ x^3}\\
\,Zaehler =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_7=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$