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: 06
$\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^5-3x^4 \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= x^5-3x^4=x^4(x-3)\\
f'\left(x\right)= 5x^4-12x^3=5x^3(x-2\frac{2}{5})\\
f''\left(x\right)= 20x^3-36x^2=20x^2(x-1\frac{4}{5})\\
f'''\left(x\right)= 60x^2-72x
\\
F(x)=\int_{}^{}( x^5-3x^4)dx= \frac{1}{6}x^6-\frac{3}{5}x^5+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^5( 1-\dfrac{3}{x}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot \infty^5]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[1\cdot (-\infty)^5]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=1\cdot (-x)^{5}-3\cdot (-x)^{4} \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= x^5-3x^4 = 0 \\ x^4( x-3)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad x-3=0\\
x-3 =0 \qquad /+3 \\
x=3
\\ \underline{x_1=0; \quad4\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 ]3;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;3[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 5x^4-12x^3 = 0 \\ x^3( 5x-12)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 5x-12=0\\
5 x-12 =0 \qquad /+12 \\
5 x= 12 \qquad /:5 \\
x=\displaystyle\frac{12}{5}\\
x=2\frac{2}{5}
\\ \underline{x_3=0; \quad3\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=2\frac{2}{5}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=0 \\
f''(0)=0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Extremwert:} (0/0}) \\
f''(2\frac{2}{5})=69\frac{3}{25}>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (2\frac{2}{5}/-19,9)} \\
\\
\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{2}{5}&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]2\frac{2}{5};\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;2\frac{2}{5}[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 20x^3-36x^2 = 0 \\ x^2( 20x-36)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 20x-36=0\\
20 x-36 =0 \qquad /+36 \\
20 x= 36 \qquad /:20 \\
x=\displaystyle\frac{36}{20}\\
x=1\frac{4}{5}
\\ \underline{x_5=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_6=1\frac{4}{5}; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(1\frac{4}{5})=-12,6\\
f'''(1\frac{4}{5}) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (1\frac{4}{5}/-12,6)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&1\frac{4}{5}&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]1\frac{4}{5};\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]0;1\frac{4}{5}[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{0}^{3}\left( x^5-3x^4\right)dx=\left[ \frac{1}{6}x^6-\frac{3}{5}x^5\right]_{0}^{3}
\\ =\left(\frac{1}{6}\cdot 3^{6}-\frac{3}{5}\cdot 3^{5}\right)-\left(\frac{1}{6}\cdot 0^{6}-\frac{3}{5}\cdot 0^{5}\right)
\\ =\left(-24\frac{3}{10}\right)-\left(0\right)=-24\frac{3}{10}
\\ \\
\end{array}$