Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion
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Beispiel Nr: 11
$\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^5-3x^4+5x^3 \ <br/>
\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= \frac{1}{2}x^5-3x^4+5x^3=\frac{1}{2}(x^2-6x+10)x^3\\
f'\left(x\right)= 2\frac{1}{2}x^4-12x^3+15x^2=2\frac{1}{2}(x^2-4\frac{4}{5}x+6)x^2\\
f''\left(x\right)= 10x^3-36x^2+30x=10x(x-1,31)(x-2,29)\\
f'''\left(x\right)= 30x^2-72x+30
\\
F(x)=\int_{}^{}( \frac{1}{2}x^5-3x^4+5x^3)dx= \frac{1}{12}x^6-\frac{3}{5}x^5+1\frac{1}{4}x^4+c
\\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = \mathbb{R} \\
\\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\
f(x)=x^5( \frac{1}{2}-\dfrac{3}{x}+\dfrac{5}{x^2}) \\
\lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{2}\cdot \infty^5]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{2}\cdot (-\infty)^5]=-\infty \\
\\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=\frac{1}{2}\cdot (-x)^{5}-3\cdot (-x)^{4}+5\cdot (-x)^{3} \\
\text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung }
\\
\\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= \frac{1}{2}x^5-3x^4+5x^3 = 0 \\ x^3( \frac{1}{2}x^2-3x+5)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad \frac{1}{2}x^2-3x+5=0\\
\frac{1}{2}x^{2}-3x+5 =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+3 \pm\sqrt{\left(-3\right)^{2}-4 \cdot \frac{1}{2} \cdot 5}}{2\cdot\frac{1}{2}}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+3 \pm\sqrt{-1}}{1}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_1=0; \quad3\text{-fache Nullstelle}} \\
\\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\
\begin{array}{|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x\\
\hline
f(x)&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;\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)= 2\frac{1}{2}x^4-12x^3+15x^2 = 0 \\ x^2( 2\frac{1}{2}x^2-12x+15)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 2\frac{1}{2}x^2-12x+15=0\\
2\frac{1}{2}x^{2}-12x+15 =0\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+12 \pm\sqrt{\left(-12\right)^{2}-4 \cdot 2\frac{1}{2} \cdot 15}}{2\cdot2\frac{1}{2}}\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+12 \pm\sqrt{-6}}{5}\\
\text{Diskriminante negativ keine Lösung}
\\ \underline{x_2=0; \quad2\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=0 \\
f''(0)=0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Terrassenpukt:} (0/0)} \\
\\
\bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\
\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{streng monoton steigend }}
\\
\\\bullet\text{Wendepunkte:} \\f''(x)= 10x^3-36x^2+30x = 0 \\ x( 10x^2-36x+30)=0 \Rightarrow x=0 \quad \vee \quad 10x^2-36x+30=0\\
\\
10x^{2}-36x+30 =0
\\
x_{1/2}=\displaystyle\frac{+36 \pm\sqrt{\left(-36\right)^{2}-4\cdot 10 \cdot 30}}{2\cdot10}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{+36 \pm\sqrt{96}}{20}
\\
x_{1/2}=\displaystyle \frac{36 \pm9,8}{20}
\\
x_{1}=\displaystyle \frac{36 +9,8}{20} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{36 -9,8}{20}
\\
x_{1}=2,29 \qquad x_{2}=1,31
\\ \underline{x_3=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_4=1,31; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_5=2,29; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f'''(0)=0\\
f'''(0) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (0/0)}\\
f'''(1,31)=4,34\\
f'''(1,31) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (1,31/4,34)}\\
f'''(2,29)=9,03\\
f'''(2,29) \neq 0 \Rightarrow \\
\underline{\text{Wendepunkt:} (2,29/9,03)}\\
\bullet\text{Kruemmung} \\
\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c||}
\hline
& x < &0&< x <&1,31&< x <&2,29&< x\\
\hline
f''(x)&-&0&+&0&-&0&+\\
\hline
\end{array}\\ \\
\underline{\quad x \in ]0;1,31[\quad \cup \quad]2,29;\infty[\quad f''(x)>0 \quad \text{linksgekrümmt}}\\ \\
\underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad \cup \quad]1,31;2,29[\quad f''(x)<0 \quad \text{rechtsgekrümmt}}\\
\\
\bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\\text{keine Fläche}
\\ \\
\end{array}$