Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 89
$\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^4-3x^3 \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= x^4-3x^3=x^3(x-3)\\
f'\left(x\right)= 4x^3-9x^2=4x^2(x-2\frac{1}{4})\\
f''\left(x\right)= 12x^2-18x=12x(x-1\frac{1}{2})\\
f'''\left(x\right)= 24x-18
\\
F(x)=\int_{}^{}( x^4-3x^3)dx= \frac{1}{5}x^5-\frac{3}{4}x^4+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = [(-8,54),\infty[ \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^4( 1-\dfrac{3}{x}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot \infty^4]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot (-\infty)^4]=\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=1\cdot (-x)^{4}-3\cdot (-x)^{3} \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= x^4-3x^3 = 0 \\ x^3( x-3)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad x-3=0\\
x-3 =0 \qquad /+3 \\
x=3
\\ \underline{x_1=0; \quad3\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=3; \quad1\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 ]-\infty;0[\quad \cup \quad]3;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;3[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 4x^3-9x^2 = 0 \\ x^2( 4x-9)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 4x-9=0\\
4 x-9 =0 \qquad /+9 \\
4 x= 9 \qquad /:4 \\
x=\displaystyle\frac{9}{4}\\
x=2\frac{1}{4}
\\ \underline{x_3=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=2\frac{1}{4}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=0 \\
f''(0)=0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Terrassenpukt:} (0/0)} \\
f''(2\frac{1}{4})=20\frac{1}{4}>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (2\frac{1}{4}/-8,54)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&2\frac{1}{4}&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]2\frac{1}{4};\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;2\frac{1}{4}[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 12x^2-18x = 0 \\ x( 12x-18)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 12x-18=0\\
12 x-18 =0 \qquad /+18 \\
12 x= 18 \qquad /:12 \\
x=\displaystyle\frac{18}{12}\\
x=1\frac{1}{2}
\\ \underline{x_5=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_6=1\frac{1}{2}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(0)=0\\
f'''(0) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (0/0)}\\
f'''(1\frac{1}{2})=-5\frac{1}{16}\\
f'''(1\frac{1}{2}) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (1\frac{1}{2}/-5\frac{1}{16})}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&1\frac{1}{2}&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]1\frac{1}{2};\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;1\frac{1}{2}[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{0}^{3}\left( x^4-3x^3\right)dx=\left[ \frac{1}{5}x^5-\frac{3}{4}x^4\right]_{0}^{3}
\\ =\left(\frac{1}{5}\cdot 3^{5}-\frac{3}{4}\cdot 3^{4}\right)-\left(\frac{1}{5}\cdot 0^{5}-\frac{3}{4}\cdot 0^{4}\right)
\\ =\left(-12\frac{3}{20}\right)-\left(0\right)=-12\frac{3}{20}
\\ \\
\end{array}$