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: 90
$\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}{2}x^4+2x \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= \frac{1}{2}x^4+2x=\frac{1}{2}(x^2-1,59x+2,52)(x+1,59)x\\
f'\left(x\right)= 2x^3+2=2(x^2-1x+1)(x+1)\\
f''\left(x\right)= 6x^2=6x^2\\
f'''\left(x\right)= 12x
\\
F(x)=\int_{}^{}( \frac{1}{2}x^4+2x)dx= \frac{1}{10}x^5+x^2+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = [(-1\frac{1}{2}),\infty[ \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^4( \frac{1}{2}+\dfrac{2}{x^3}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{2}\cdot \infty^4]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{2}\cdot (-\infty)^4]=\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=\frac{1}{2}\cdot (-x)^{4}+2\cdot (-x) \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= \frac{1}{2}x^4+2x = 0 \\ x( \frac{1}{2}x^3+2)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad \frac{1}{2}x^3+2=0\\ \frac{1}{2}x^3+2=0 \\
\frac{1}{2}x^3+2 =0 \qquad /-2 \\
\frac{1}{2}x^3= -2 \qquad /:\frac{1}{2} \\
x^3=\displaystyle\frac{-2}{\frac{1}{2}} \\
x=\sqrt[3]{-4} \\
x=-1,59
\\ \text{Polynomdivision:}(-1,59)\\
\small \begin{matrix} ( \frac{1}{2}x^3&&&+2&):( x +1,59 )= \frac{1}{2}x^2 -0,794x +1,26 \\
\,-( \frac{1}{2}x^3&+0,794x^2) \\ \hline
&-0,794x^2&&+2&\\
&-(-0,794x^2&-1,26x) \\ \hline
&& 1,26x&+2&\\
&&-( 1,26x&+2) \\ \hline
&&& 4,44\cdot 10^{-16}&\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\
\frac{1}{2}x^{2}-0,794x+1,26 =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+0,794 \pm\sqrt{\left(-0,794\right)^{2}-4 \cdot \frac{1}{2} \cdot 1,26}}{2\cdot\frac{1}{2}}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+0,794 \pm\sqrt{-1,89}}{1}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_1=-1,59; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1,59&< x <&0&< x\\
\hline
f(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1,59[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1,59;0[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 2x^3+2 = 0 \\ \\ 2x^3+2=0 \\
2x^3+2 =0 \qquad /-2 \\
2x^3= -2 \qquad /:2 \\
x^3=\displaystyle\frac{-2}{2} \\
x=\sqrt[3]{-1} \\
x=-1
\\ \text{Polynomdivision:}(-1)\\
\small \begin{matrix} ( 2x^3&&&+2&):( x +1 )= 2x^2 -2x +2 \\
\,-( 2x^3&+2x^2) \\ \hline
&-2x^2&&+2&\\
&-(-2x^2&-2x) \\ \hline
&& 2x&+2&\\
&&-( 2x&+2) \\ \hline
&&&0\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\
2x^{2}-2x+2 =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+2 \pm\sqrt{\left(-2\right)^{2}-4 \cdot 2 \cdot 2}}{2\cdot2}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+2 \pm\sqrt{-12}}{4}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_3=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-1)=6>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (-1/-1\frac{1}{2})} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x\\
\hline
f'(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 6x^2 = 0 \\ x^2=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_4=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f''(x)&+&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-1,59}^{0}\left( \frac{1}{2}x^4+2x\right)dx=\left[ \frac{1}{10}x^5+x^2\right]_{-1,59}^{0}
\\ =\left(\frac{1}{10}\cdot 0^{5}+1\cdot 0^{2}\right)-\left(\frac{1}{10}\cdot (-1,59)^{5}+1\cdot (-1,59)^{2}\right)
\\ =\left(0\right)-\left(1\frac{43}{84}\right)=-1\frac{43}{84}
\\ \\
\end{array}$