Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 73
$\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{1}{18}x^3-\frac{1}{2}x^2+6 \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= \frac{1}{18}x^3-\frac{1}{2}x^2+6=\frac{1}{18}(x+3)(x-6)^2\\
f'\left(x\right)= \frac{1}{6}x^2-1x=\frac{1}{6}x(x-6)\\
f''\left(x\right)= \frac{1}{3}x-1=\frac{1}{3}(x-3)\\
f'''\left(x\right)= \frac{1}{3}
\\
F(x)=\int_{}^{}( \frac{1}{18}x^3-\frac{1}{2}x^2+6)dx= \frac{1}{72}x^4-\frac{1}{6}x^3+6x+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^3( \frac{1}{18}-\dfrac{\frac{1}{2}}{x}+\dfrac{6}{x^3}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{18}\cdot \infty^3]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{18}\cdot (-\infty)^3]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=\frac{1}{18}\cdot (-x)^{3}-\frac{1}{2}\cdot (-x)^{2}+6 \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= \frac{1}{18}x^3-\frac{1}{2}x^2+6 = 0 \\ \\ \frac{1}{18}x^3-\frac{1}{2}x^2+6=0 \\\\ Numerische Suche: \\ \underline{x_1=-3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=6; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-3&< x <&6&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-3;6[\quad \cup \quad]6;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-3[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= \frac{1}{6}x^2-1x = 0 \\ x( \frac{1}{6}x-1)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad \frac{1}{6}x-1=0\\
\frac{1}{6} x-1 =0 \qquad /+1 \\
\frac{1}{6} x= 1 \qquad /:\frac{1}{6} \\
x=\displaystyle\frac{1}{\frac{1}{6}}\\
x=6
\\ \underline{x_3=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=6; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=-1 \\
f''(0)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (0/6)} \\
f''(6)=1>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (6/7,11\cdot 10^{-15})} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&6&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]6;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;6[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= \frac{1}{3}x-1 = 0 \\ \\
\frac{1}{3} x-1 =0 \qquad /+1 \\
\frac{1}{3} x= 1 \qquad /:\frac{1}{3} \\
x=\displaystyle\frac{1}{\frac{1}{3}}\\
x=3
\\ \underline{x_5=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(3)=3\\
f'''(3) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (3/3)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &3&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]3;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;3[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-3}^{6}\left( \frac{1}{18}x^3-\frac{1}{2}x^2+6\right)dx=\left[ \frac{1}{72}x^4-\frac{1}{6}x^3+6x\right]_{-3}^{6}
\\ =\left(\frac{1}{72}\cdot 6^{4}-\frac{1}{6}\cdot 6^{3}+6\cdot 6\right)-\left(\frac{1}{72}\cdot (-3)^{4}-\frac{1}{6}\cdot (-3)^{3}+6\cdot (-3)\right)
\\ =\left(18\right)-\left(-12\frac{3}{8}\right)=30\frac{3}{8}
\\ \\
\end{array}$