Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 54
$\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)= 3x^3-22x^2+43x+12 \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= 3x^3-22x^2+43x+12=3(x^2-7,58x+16,2)(x+0,247)\\
f'\left(x\right)= 9x^2-44x+43=9(x-1,35)(x-3,54)\\
f''\left(x\right)= 18x-44=18(x-2\frac{4}{9})\\
f'''\left(x\right)= 18
\\
F(x)=\int_{}^{}( 3x^3-22x^2+43x+12)dx= \frac{3}{4}x^4-7\frac{1}{3}x^3+21\frac{1}{2}x^2+12x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^3( 3-\dfrac{22}{x}+\dfrac{43}{x^2}+\dfrac{12}{x^3}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[3\cdot \infty^3]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[3\cdot (-\infty)^3]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=3\cdot (-x)^{3}-22\cdot (-x)^{2}+43\cdot (-x)+12 \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= 3x^3-22x^2+43x+12 = 0 \\ \\ 3x^3-22x^2+43x+12=0 \\\\ Numerische Suche: \\ \underline{x_1=-0,247; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-0,247&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-0,247;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-0,247[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 9x^2-44x+43 = 0 \\ \\
\\
9x^{2}-44x+43 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+44 \pm\sqrt{\left(-44\right)^{2}-4\cdot 9 \cdot 43}}{2\cdot9}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+44 \pm\sqrt{388}}{18}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{44 \pm19,7}{18}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{44 +19,7}{18} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{44 -19,7}{18}
\\
x_{1}=3,54 \qquad x_{2}=1,35
\\ \underline{x_2=1,35; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_3=3,54; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(1,35)=-19,7 \\
f''(1,35)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (1,35/37,3)} \\
f''(3,54)=19,7>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (3,54/21,6)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &1,35&< x <&3,54&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;1,35[\quad \cup \quad]3,54;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]1,35;3,54[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 18x-44 = 0 \\ \\
18 x-44 =0 \qquad /+44 \\
18 x= 44 \qquad /:18 \\
x=\displaystyle\frac{44}{18}\\
x=2\frac{4}{9}
\\ \underline{x_4=2\frac{4}{9}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(2\frac{4}{9})=29,5\\
f'''(2\frac{4}{9}) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (2\frac{4}{9}/29,5)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &2\frac{4}{9}&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]2\frac{4}{9};\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;2\frac{4}{9}[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\\text{keine Fläche}
\\ \\
\end{array}$