Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 45
$\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{ 2x^2-8}{ 2x-3} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ 2x^2-8}{ 2x-3}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ 2x^2-8 = 0 \\ \\
2x^2-8 =0 \qquad /+8 \\
2x^2= 8 \qquad /:2 \\
x^2=\displaystyle\frac{8}{2} \\
x=\pm\sqrt{4} \\
x_1=2 \qquad x_2=-2
\\ \underline{x_1=-2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ 2x-3 = 0 \\ \\
2 x-3 =0 \qquad /+3 \\
2 x= 3 \qquad /:2 \\
x=\displaystyle\frac{3}{2}\\
x=1\frac{1}{2}
\\ \underline{x_3=1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{2(x+2)(x-2)}{2(x-1\frac{1}{2})} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{1\frac{1}{2}\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{ x^2-4}{ x-1\frac{1}{2}}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} ( x^2&&-4&):( x -1\frac{1}{2} )= x +1\frac{1}{2} \\
\,-( x^2&-1\frac{1}{2}x) \\ \hline
& 1\frac{1}{2}x&-4&\\
&-( 1\frac{1}{2}x&-2\frac{1}{4}) \\ \hline
&&-1\frac{3}{4}&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)= x+1\frac{1}{2}+\frac{-1\frac{3}{4}}{ x-1\frac{1}{2}} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{ 2x\cdot( x-1\frac{1}{2})-( x^2-4)\cdot 1}{( x-1\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{( 2x^2-3x)-( x^2-4)}{( x-1\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{ x^2-3x+4}{( x-1\frac{1}{2})^2}\\
= \frac{ x^2-3x+4}{( x-1\frac{1}{2})^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{( 2x-3)\cdot( x^2-3x+2\frac{1}{4})-( x^2-3x+4)\cdot( 2x-3)}{( x^2-3x+2\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{( 2x^3-9x^2+13\frac{1}{2}x-6\frac{3}{4})-( 2x^3-9x^2+17x-12)}{( x^2-3x+2\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{-3\frac{1}{2}x+5\frac{1}{4}}{( x^2-3x+2\frac{1}{4})^2}\\
= \frac{-3\frac{1}{2}x+5\frac{1}{4}}{( x^2-3x+2\frac{1}{4})^2}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\ x^2-4 = 0 \\ \underline{x_4=-2; \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 < &-2&< x <&1\frac{1}{2}&< x <&2&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-2;1\frac{1}{2}[\quad \cup \quad]2;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-2[\quad \cup \quad]1\frac{1}{2};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( 2-\dfrac{8}{x^2}) }{x( 2-\dfrac{3}{x}) }}=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{\displaystyle \frac{x^2( 2-\dfrac{8}{x^2}) }{x( 2-\dfrac{3}{x}) }}=\infty \\ \\
\text{Schiefe Asymptote:} y= x+1\frac{1}{2}
\\\lim\limits_{x \rightarrow 1\frac{1}{2}^+}{\displaystyle\frac{(x+2)(x-2)}{(x-1\frac{1}{2})}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow 1\frac{1}{2}^-}{\displaystyle\frac{(x+2)(x-2)}{(x-1\frac{1}{2})}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=1\frac{1}{2}\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{ x^2-3x+4}{ x^2-3x+2\frac{1}{4}} = 0 \\ \\
1x^{2}-3x+4 =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+3 \pm\sqrt{\left(-3\right)^{2}-4 \cdot 1 \cdot 4}}{2\cdot1}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+3 \pm\sqrt{-7}}{2}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^2-3x+4}{ x^2-3x+2\frac{1}{4}}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_6=1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &1\frac{1}{2}&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;1\frac{1}{2}[\quad \cup \quad]1\frac{1}{2};\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-3\frac{1}{2}x+5\frac{1}{4}}{ x^4-6x^3+13\frac{1}{2}x^2-13\frac{1}{2}x+5\frac{1}{16}}\\
\,Zaehler =0 \\\\
-3\frac{1}{2} x+5\frac{1}{4} =0 \qquad /-5\frac{1}{4} \\
-3\frac{1}{2} x= -5\frac{1}{4} \qquad /:\left(-3\frac{1}{2}\right) \\
x=\displaystyle\frac{-5\frac{1}{4}}{-3\frac{1}{2}}\\
x=1\frac{1}{2}
\\ \underline{x_7=1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_8=1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &1\frac{1}{2}&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;1\frac{1}{2}[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]1\frac{1}{2};\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$