Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 50
$\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^3+5x^2-1x-5}{ x+1} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^3+5x^2-1x-5}{ x+1}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ x^3+5x^2-1x-5 = 0 \\ \\ x^3+5x^2-1x-5=0 \\\\ \text{Nullstelle für Polynmomdivision erraten:}1\\
\,\small \begin{matrix} ( x^3&+5x^2&-1x&-5&):( x -1 )= x^2 +6x +5 \\
\,-( x^3&-1x^2) \\ \hline
& 6x^2&-1x&-5&\\
&-( 6x^2&-6x) \\ \hline
&& 5x&-5&\\
&&-( 5x&-5) \\ \hline
&&&0\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\
\\
1x^{2}+6x+5 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{-6 \pm\sqrt{6^{2}-4\cdot 1 \cdot 5}}{2\cdot1}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-6 \pm\sqrt{16}}{2}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-6 \pm4}{2}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{-6 +4}{2} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-6 -4}{2}
\\
x_{1}=-1 \qquad x_{2}=-5
\\ \underline{x_1=-5; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_3=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x+1 = 0 \\ \\
x+1 =0 \qquad /-1 \\
x=-1
\\ \underline{x_4=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{(x+5)(x+1)(x-1)}{(x+1)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{-1\right\} \\
\bullet \text{Term gekürzen}\\ f\left(x\right)= \displaystyle\frac{(x+5)(x-1)}{ 1}\\
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= x^2+4x-5=(x+5)(x-1)\\
f'\left(x\right)= 2x+4\\
f''\left(x\right)= 2\\
F(x)=\int_{}^{}( x^2+4x-5)dx= \frac{1}{3}x^3+2x^2-5x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = [(-9),\infty[ \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^2( 1+\dfrac{4}{x}-\dfrac{5}{x^2}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot \infty^2]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot (-\infty)^2]=\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=1\cdot (-x)^{2}+4\cdot (-x)-5 \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= x^2+4x-5 = 0 \\ \\
\\
1x^{2}+4x-5 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{-4 \pm\sqrt{4^{2}-4\cdot 1 \cdot \left(-5\right)}}{2\cdot1}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-4 \pm\sqrt{36}}{2}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-4 \pm6}{2}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{-4 +6}{2} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-4 -6}{2}
\\
x_{1}=1 \qquad x_{2}=-5
\\ \underline{x_1=-5; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-5&< x <&1&< x\\
\hline
f(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-5[\quad \cup \quad]1;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-5;1[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 2x+4 = 0 \\ \\
2 x+4 =0 \qquad /-4 \\
2 x= -4 \qquad /:2 \\
x=\displaystyle\frac{-4}{2}\\
x=-2
\\ \underline{x_3=-2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-2)=2>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (-2/-9)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\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{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-2[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-5}^{1}\left( x^2+4x-5\right)dx=\left[ \frac{1}{3}x^3+2x^2-5x\right]_{-5}^{1}
\\ =\left(\frac{1}{3}\cdot 1^{3}+2\cdot 1^{2}-5\cdot 1\right)-\left(\frac{1}{3}\cdot (-5)^{3}+2\cdot (-5)^{2}-5\cdot (-5)\right)
\\ =\left(-2\frac{2}{3}\right)-\left(33\frac{1}{3}\right)=-36
\\ \\
\\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$