Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 07
$\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)= 2x^5-2x^4-3x^3-1x^2-2x \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= 2x^5-2x^4-3x^3-1x^2-2x=2(x+1)x(x^2+\frac{1}{2})(x-2)\\
f'\left(x\right)= 10x^4-8x^3-9x^2-2x-2=10(x^2+0,039x+0,189)(x+0,691)(x-1,53)\\
f''\left(x\right)= 40x^3-24x^2-18x-2=40(x+0,319)(x+0,147)(x-1,07)\\
f'''\left(x\right)= 120x^2-48x-18
\\
F(x)=\int_{}^{}( 2x^5-2x^4-3x^3-1x^2-2x)dx= \frac{1}{3}x^6-\frac{2}{5}x^5-\frac{3}{4}x^4-\frac{1}{3}x^3-1x^2+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^5( 2-\dfrac{2}{x}-\dfrac{3}{x^2}-\dfrac{1}{x^3}-\dfrac{2}{x^4}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[2\cdot \infty^5]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[2\cdot (-\infty)^5]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=2\cdot (-x)^{5}-2\cdot (-x)^{4}-3\cdot (-x)^{3}-1\cdot (-x)^{2}-2\cdot (-x) \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= 2x^5-2x^4-3x^3-1x^2-2x = 0 \\ x( 2x^4-2x^3-3x^2-1x-2)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 2x^4-2x^3-3x^2-1x-2=0\\ 2x^4-2x^3-3x^2-1x-2\\ \text{Nullstelle für Polynomdivision erraten:}-1\\
\small \begin{matrix} ( 2x^4&-2x^3&-3x^2&-1x&-2&):( x +1 )= 2x^3 -4x^2 +x -2 \\
\,-( 2x^4&+2x^3) \\ \hline
&-4x^3&-3x^2&-1x&-2&\\
&-(-4x^3&-4x^2) \\ \hline
&& x^2&-1x&-2&\\
&&-( x^2&+x) \\ \hline
&&&-2x&-2&\\
&&&-(-2x&-2) \\ \hline
&&&&0\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\ 2x^3-4x^2+x-2=0 \\\\ \text{Nullstelle für Polynmomdivision erraten:}2\\
\,\small \begin{matrix} ( 2x^3&-4x^2&+x&-2&):( x -2 )= 2x^2 +1 \\
\,-( 2x^3&-4x^2) \\ \hline
& x&-2&\\
&&-( x&-2) \\ \hline
&&&0\\
\end{matrix} \\ \normalsize \\
2x^2+1 =0 \qquad /-1 \\
2x^2= -1 \qquad /:2 \\
x^2=\displaystyle\frac{-1}{2}\\
\text{keine Lösung}
\\ \underline{x_1=-1; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_3=2; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-1&< x <&0&< x <&2&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-1;0[\quad \cup \quad]2;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-1[\quad \cup \quad]0;2[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\
\\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= 10x^4-8x^3-9x^2-2x-2 = 0 \\ \\ 10x^4-8x^3-9x^2-2x-2\\ Numerische Suche: \\ \\ \underline{x_4=-0,691; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_5=1,53; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(-0,691)=-14,2 \\
f''(-0,691)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (-0,691/1,12)} \\
f''(1,53)=57,5>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (1,53/-10,3)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-0,691&< x <&1,53&< x\\
\hline
f'(x)&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-0,691[\quad \cup \quad]1,53;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-0,691;1,53[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 40x^3-24x^2-18x-2 = 0 \\ \\ 40x^3-24x^2-18x-2=0 \\\\ Numerische Suche: \\ \underline{x_6=-0,319; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_7=-0,147; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_8=1,07; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(-0,319)=0,607\\
f'''(-0,319) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (-0,319/0,607)}\\
f'''(-0,147)=0,281\\
f'''(-0,147) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (-0,147/0,281)}\\
f'''(1,07)=-6,73\\
f'''(1,07) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (1,07/-6,73)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &-0,319&< x <&-0,147&< x <&1,07&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-0,319;-0,147[\quad \cup \quad]1,07;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;-0,319[\quad \cup \quad]-0,147;1,07[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-1}^{0}\left( 2x^5-2x^4-3x^3-1x^2-2x\right)dx=\left[ \frac{1}{3}x^6-\frac{2}{5}x^5-\frac{3}{4}x^4-\frac{1}{3}x^3-1x^2\right]_{-1}^{0}
\\ =\left(\frac{1}{3}\cdot 0^{6}-\frac{2}{5}\cdot 0^{5}-\frac{3}{4}\cdot 0^{4}-\frac{1}{3}\cdot 0^{3}-1\cdot 0^{2}\right)-\left(\frac{1}{3}\cdot (-1)^{6}-\frac{2}{5}\cdot (-1)^{5}-\frac{3}{4}\cdot (-1)^{4}-\frac{1}{3}\cdot (-1)^{3}-1\cdot (-1)^{2}\right)
\\ =\left(0\right)-\left(-\frac{41}{60}\right)=\frac{41}{60}
\\ A=\int_{0}^{2}\left( 2x^5-2x^4-3x^3-1x^2-2x\right)dx=\left[ \frac{1}{3}x^6-\frac{2}{5}x^5-\frac{3}{4}x^4-\frac{1}{3}x^3-1x^2\right]_{0}^{2}
\\ =\left(\frac{1}{3}\cdot 2^{6}-\frac{2}{5}\cdot 2^{5}-\frac{3}{4}\cdot 2^{4}-\frac{1}{3}\cdot 2^{3}-1\cdot 2^{2}\right)-\left(\frac{1}{3}\cdot 0^{6}-\frac{2}{5}\cdot 0^{5}-\frac{3}{4}\cdot 0^{4}-\frac{1}{3}\cdot 0^{3}-1\cdot 0^{2}\right)
\\ =\left(-10\frac{2}{15}\right)-\left(0\right)=-10\frac{2}{15}
\\ \\
\end{array}$