Analysis-Kurvendiskussion-Gebrochenrationale Funktion
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Beispiel Nr: 57
$\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^2-6x+9}{-1x+2} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Faktorisieren} \\ f\left(x\right)=\displaystyle \frac{ x^2-6x+9}{-1x+2}
\\
\text{Zaehler faktorisieren: } \\ x^2-6x+9 = 0 \\ \\
\\
1x^{2}-6x+9 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+6 \pm\sqrt{\left(-6\right)^{2}-4\cdot 1 \cdot 9}}{2\cdot1}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+6 \pm\sqrt{0}}{2}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{6 \pm0}{2}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{6 +0}{2} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{6 -0}{2}
\\
x_{1}=3 \qquad x_{2}=3
\\ \underline{x_1=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\\\text{Nenner faktorisieren:} \\-1x+2 = 0 \\ \\
-1 x+2 =0 \qquad /-2 \\
-1 x= -2 \qquad /:\left(-1\right) \\
x=\displaystyle\frac{-2}{-1}\\
x=2
\\ \underline{x_2=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \text{Faktorisierter Term:}\\
f\left(x\right)=\displaystyle\frac{(x-3)^2}{-1(x-2)} \\
\\
\bullet\text{Definitionsbereich:}\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R}\setminus \left\{2\right\} \\
f\left(x\right)= \displaystyle \frac{-1x^2+6x-9}{ x-2}
\\ Polynomdivision:\\\small \begin{matrix} (-1x^2&+6x&-9&):( x -2 )=-1x +4 \\
\,-(-1x^2&+2x) \\ \hline
& 4x&-9&\\
&-( 4x&-8) \\ \hline
&&-1&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ \\ f(x)=-1x+4+\frac{-1}{ x-2} \\
\\ \bullet \text{1. Ableitungen und 2.Ableitung} \\f'\left(x\right)=\frac{(-2x+6)\cdot( x-2)-(-1x^2+6x-9)\cdot 1}{( x-2)^2}\\
= \frac{(-2x^2+10x-12)-(-1x^2+6x-9)}{( x-2)^2}\\
= \frac{-1x^2+4x-3}{( x-2)^2}\\
= \frac{-1x^2+4x-3}{( x-2)^2}\\ f''\left(x\right)=\frac{(-2x+4)\cdot( x^2-4x+4)-(-1x^2+4x-3)\cdot( 2x-4)}{( x^2-4x+4)^2}\\
= \frac{(-2x^3+12x^2-24x+16)-(-2x^3+12x^2-22x+12)}{( x^2-4x+4)^2}\\
= \frac{-2x+4}{( x^2-4x+4)^2}\\
= \frac{-2x+4}{( x^2-4x+4)^2}
\\ =\displaystyle\frac{-2(x-2)}{(x-2)^4}
\\ =\displaystyle\frac{-2}{(x-2)^3}
\\ =\displaystyle \frac{-2}{ x^3-6x^2+12x-8}
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\Zaehler =0 \\-1x^2+6x-9 = 0 \\ \underline{x_3=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &2&< x <&3&< x\\
\hline
f(x)&+&0&-&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;2[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]2;3[\quad \cup \quad]3;\infty[\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{6}{x}+\dfrac{9}{x^2}) }{x(-1+\dfrac{2}{x}) }}=-\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{\displaystyle \frac{x^2( 1-\dfrac{6}{x}+\dfrac{9}{x^2}) }{x(-1+\dfrac{2}{x}) }}=\infty \\ \\
\text{Schiefe Asymptote:} y=-1x+4
\\\lim\limits_{x \rightarrow 2^+}{\displaystyle\frac{-1(x-3)^2}{(x-2)}}=-\infty\\
\lim\limits_{x \rightarrow 2^-}{\displaystyle\frac{-1(x-3)^2}{(x-2)}}=\infty\\
\\
\text{Vertikale Asymptote (Polstelle): } x=2\\
\\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=\displaystyle \frac{-1x^2+4x-3}{ x^2-4x+4} = 0 \\ \\
\\
-1x^{2}+4x-3 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{-4 \pm\sqrt{4^{2}-4\cdot \left(-1\right) \cdot \left(-3\right)}}{2\cdot\left(-1\right)}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-4 \pm\sqrt{4}}{-2}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{-4 \pm2}{-2}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{-4 +2}{-2} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-4 -2}{-2}
\\
x_{1}=1 \qquad x_{2}=3
\\ \underline{x_4=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_5=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(1)=2>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (1/4)}
\\ f''(3)=-2 \\
f''(3)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (3/0)}
\\ \\
\, \,
\\\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\f'\left(x\right)=\displaystyle \frac{-1x^2+4x-3}{ x^2-4x+4}\\
\,\text{Zaehler} =0 \\\underline{x_6=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_7=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\\text{Nullstellen des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_8=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\,
\\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &1&< x <&2&< x <&3&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]1;2[\quad \cup \quad]2;3[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;1[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }} \\
\\ \bullet\text{Kruemmung} \\f''\left(x\right)=\displaystyle \frac{-2}{ x^3-6x^2+12x-8}\\
\,Zaehler =0 \\\text{keine Loesung} \\\,
\\\text{Nullstelle des Nenners aus f(x) übernehmen} \\\underline{x_9=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &2&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;2[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]2;\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}} \\
Funktionsgraph und Wertetabelle \\
\end{array}$