Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 55
$\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^4-3x^2-4}{ x^2-4} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^4-3x^2-4}{ x^2-4}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ x^4-3x^2-4 = 0 \\ \\
\\
u=x^{2} \qquad u^2=x^{4} \\
1u^{2}-3u-4 =0 \\
\\
u_{1/2}=\displaystyle\frac{+3 \pm\sqrt{\left(-3\right)^{2}-4\cdot 1 \cdot \left(-4\right)}}{2\cdot1}
\\
u_{1/2}=\displaystyle \frac{+3 \pm\sqrt{25}}{2}
\\
u_{1/2}=\displaystyle \frac{3 \pm5}{2}
\\
u_{1}=\displaystyle \frac{3 +5}{2} \qquad u_{2}=\displaystyle \frac{3 -5}{2}
\\
u_{1}=4 \qquad u_{2}=-1
\\
x^2= 4 \\
x=\pm\sqrt{4} \\
x_1=2 \qquad x_2=-2
\\
x^2= -1
x=\pm\sqrt{-1} \\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_1=-2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\ x^2-4 = 0 \\ \\
1x^2-4 =0 \qquad /+4 \\
1x^2= 4 \qquad /:1 \\
x^2=\displaystyle\frac{4}{1} \\
x=\pm\sqrt{4} \\
x_1=2 \qquad x_2=-2
\\ \underline{x_3=-2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{(x+2)(x^2+1)(x-2)}{(x+2)(x-2)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{-2;2\right\} \\
\bullet \text{Term gekürzen}\\ f\left(x\right)= \displaystyle\frac{(x^2+1)}{ 1}\\
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= x^2-1=(x+1)(x-1)\\
f'\left(x\right)= 2x\\
f''\left(x\right)= 2\\
F(x)=\int_{}^{}( x^2-1)dx= \frac{1}{3}x^3-1x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = [(-1),\infty[ \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^2( 1-\dfrac{1}{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}-1 \\
f\left(-x\right)=1\cdot x^{2}-1 \\
f\left(-x\right)= f\left(x\right) \rightarrow \text{Symmetrie zur y-Achse:}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= 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}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x <&1&< x\\
\hline
f(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]1;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;1[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 2x = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_3=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=2>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (0/-1)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-1}^{1}\left( x^2-1\right)dx=\left[ \frac{1}{3}x^3-1x\right]_{-1}^{1}
\\ =\left(\frac{1}{3}\cdot 1^{3}-1\cdot 1\right)-\left(\frac{1}{3}\cdot (-1)^{3}-1\cdot (-1)\right)
\\ =\left(-\frac{2}{3}\right)-\left(\frac{2}{3}\right)=-1\frac{1}{3}
\\ \\
\\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$