Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
Beispiel Nr: 74
$\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)= x^3-6x^2+9x \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= x^3-6x^2+9x=x(x-3)^2\\
f'\left(x\right)= 3x^2-12x+9=3(x-1)(x-3)\\
f''\left(x\right)= 6x-12=6(x-2)\\
f'''\left(x\right)= 6
\\
F(x)=\int_{}^{}( x^3-6x^2+9x)dx= \frac{1}{4}x^4-2x^3+4\frac{1}{2}x^2+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^3( 1-\dfrac{6}{x}+\dfrac{9}{x^2}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot \infty^3]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot (-\infty)^3]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=1\cdot (-x)^{3}-6\cdot (-x)^{2}+9\cdot (-x) \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= x^3-6x^2+9x = 0 \\ x( x^2-6x+9)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 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=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=3; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&3&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;3[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 3x^2-12x+9 = 0 \\ \\
\\
3x^{2}-12x+9 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+12 \pm\sqrt{\left(-12\right)^{2}-4\cdot 3 \cdot 9}}{2\cdot3}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+12 \pm\sqrt{36}}{6}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{12 \pm6}{6}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{12 +6}{6} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{12 -6}{6}
\\
x_{1}=3 \qquad x_{2}=1
\\ \underline{x_3=1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(1)=-6 \\
f''(1)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (1/4)} \\
f''(3)=6>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (3/0)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &1&< x <&3&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;1[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]1;3[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 6x-12 = 0 \\ \\
6 x-12 =0 \qquad /+12 \\
6 x= 12 \qquad /:6 \\
x=\displaystyle\frac{12}{6}\\
x=2
\\ \underline{x_5=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(2)=2\\
f'''(2) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (2/2)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &2&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]2;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;2[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{0}^{3}\left( x^3-6x^2+9x\right)dx=\left[ \frac{1}{4}x^4-2x^3+4\frac{1}{2}x^2\right]_{0}^{3}
\\ =\left(\frac{1}{4}\cdot 3^{4}-2\cdot 3^{3}+4\frac{1}{2}\cdot 3^{2}\right)-\left(\frac{1}{4}\cdot 0^{4}-2\cdot 0^{3}+4\frac{1}{2}\cdot 0^{2}\right)
\\ =\left(6\frac{3}{4}\right)-\left(0\right)=6\frac{3}{4}
\\ \\
\end{array}$