Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 70
$\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)=-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35} \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)=-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35}=-\frac{12}{125}(x+4,02)(x+2)(x-4,01)\\
f'\left(x\right)=-\frac{36}{125}x^2-0,386x+1\frac{19}{35}=-\frac{36}{125}(x+3,08)(x-1,74)\\
f''\left(x\right)=-\frac{72}{125}x-0,386=-\frac{72}{125}(x+0,67)\\
f'''\left(x\right)=-\frac{72}{125}
\\
F(x)=\int_{}^{}(-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35})dx=-\frac{3}{125}x^4-0,0643x^3+\frac{27}{35}x^2+3\frac{3}{35}x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^3(-\frac{12}{125}-\dfrac{0,193}{x}+\dfrac{1\frac{19}{35}}{x^2}+\dfrac{3\frac{3}{35}}{x^3}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{12}{125}\cdot \infty^3]=-\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{12}{125}\cdot (-\infty)^3]=\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=-\frac{12}{125}\cdot (-x)^{3}-0,193\cdot (-x)^{2}+1\frac{19}{35}\cdot (-x)+3\frac{3}{35} \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)=-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35} = 0 \\ \\-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35}=0 \\\\ Numerische Suche: \\ \underline{x_1=-4,02; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=-2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_3=4,01; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-4,02&< x <&-2&< x <&4,01&< x\\
\hline
f(x)&+&0&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-4,02[\quad \cup \quad]-2;4,01[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-4,02;-2[\quad \cup \quad]4,01;\infty[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=-\frac{36}{125}x^2-0,386x+1\frac{19}{35} = 0 \\ \\
\\
-\frac{36}{125}x^{2}-0,386x+1\frac{19}{35} =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+0,386 \pm\sqrt{\left(-0,386\right)^{2}-4\cdot \left(-\frac{36}{125}\right) \cdot 1\frac{19}{35}}}{2\cdot\left(-\frac{36}{125}\right)}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+0,386 \pm\sqrt{1,93}}{-\frac{72}{125}}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{0,386 \pm1,39}{-\frac{72}{125}}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{0,386 +1,39}{-\frac{72}{125}} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{0,386 -1,39}{-\frac{72}{125}}
\\
x_{1}=-3,08 \qquad x_{2}=1,74
\\ \underline{x_4=-3,08; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_5=1,74; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-3,08)=1,39>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (-3,08/-0,692)} \\
f''(1,74)=-1,39 \\
f''(1,74)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (1,74/4,68)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-3,08&< x <&1,74&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-3,08;1,74[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-3,08[\quad \cup \quad]1,74;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)=-\frac{72}{125}x-0,386 = 0 \\ \\
-\frac{72}{125} x-0,386 =0 \qquad /+0,386 \\
-\frac{72}{125} x= 0,386 \qquad /:\left(-\frac{72}{125}\right) \\
x=\displaystyle\frac{0,386}{-\frac{72}{125}}\\
x=-0,67
\\ \underline{x_6=-0,67; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(-0,67)=1,99\\
f'''(-0,67) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (-0,67/1,99)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-0,67&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-0,67[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-0,67;\infty[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-4,02}^{-2}\left(-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35}\right)dx=\left[-\frac{3}{125}x^4-0,0643x^3+\frac{27}{35}x^2+3\frac{3}{35}x\right]_{-4,02}^{-2}
\\ =\left(-\frac{3}{125}\cdot (-2)^{4}-0,0643\cdot (-2)^{3}+\frac{27}{35}\cdot (-2)^{2}+3\frac{3}{35}\cdot (-2)\right)-\left(-\frac{3}{125}\cdot (-4,02)^{4}-0,0643\cdot (-4,02)^{3}+\frac{27}{35}\cdot (-4,02)^{2}+3\frac{3}{35}\cdot (-4,02)\right)
\\ =\left(-2,96\right)-\left(-2,03\right)=-0,929
\\ A=\int_{-2}^{4,01}\left(-\frac{12}{125}x^3-0,193x^2+1\frac{19}{35}x+3\frac{3}{35}\right)dx=\left[-\frac{3}{125}x^4-0,0643x^3+\frac{27}{35}x^2+3\frac{3}{35}x\right]_{-2}^{4,01}
\\ =\left(-\frac{3}{125}\cdot 4,01^{4}-0,0643\cdot 4,01^{3}+\frac{27}{35}\cdot 4,01^{2}+3\frac{3}{35}\cdot 4,01\right)-\left(-\frac{3}{125}\cdot (-2)^{4}-0,0643\cdot (-2)^{3}+\frac{27}{35}\cdot (-2)^{2}+3\frac{3}{35}\cdot (-2)\right)
\\ =\left(14,4\right)-\left(-2,96\right)=17,4
\\ \\
\end{array}$