Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion



Beispiel Nr: 07
$\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}{4}x^2-3 \ $ <br/> $\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)= \frac{1}{4}x^2-3=\frac{1}{4}(x+3,46)(x-3,46)\\ f'\left(x\right)= \frac{1}{2}x\\ f''\left(x\right)= \frac{1}{2}\\ F(x)=\int_{}^{}( \frac{1}{4}x^2-3)dx= \frac{1}{12}x^3-3x+c \\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = [(-3),\infty[ \\ \\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\ f(x)=x^2( \frac{1}{4}-\dfrac{3}{x^2}) \\ \lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{4}\cdot \infty^2]=\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[\frac{1}{4}\cdot (-\infty)^2]=\infty \\ \\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=\frac{1}{4}\cdot (-x)^{2}-3 \\ f\left(-x\right)=\frac{1}{4}\cdot x^{2}-3 \\ f\left(-x\right)= f\left(x\right) \rightarrow \text{Symmetrie zur y-Achse:} \\ \\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)= \frac{1}{4}x^2-3 = 0 \\ \\ \frac{1}{4}x^2-3 =0 \qquad /+3 \\ \frac{1}{4}x^2= 3 \qquad /:\frac{1}{4} \\ x^2=\displaystyle\frac{3}{\frac{1}{4}} \\ x=\pm\sqrt{12} \\ x_1=3,46 \qquad x_2=-3,46 \\ \underline{x_1=-3,46; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=3,46; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\ \\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\ \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||} \hline & x < &-3,46&< x <&3,46&< x\\ \hline f(x)&+&0&-&0&+\\ \hline \end{array}\\ \\ \underline{\quad x \in ]-\infty;-3,46[\quad \cup \quad]3,46;\infty[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\ \underline{\quad x \in ]-3,46;3,46[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\ \\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)= \frac{1}{2}x = 0 \\ x=0 \Rightarrow x=0 \\ \underline{x_3=0; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(0)=\frac{1}{2}>0 \Rightarrow \underline{\text{Tiefpunkt:} (0/-3)} \\ \\ \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 ]0;\infty[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\ \underline{\quad x \in ]-\infty;0[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}\\ \\ \bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-3,46}^{3,46}\left( \frac{1}{4}x^2-3\right)dx=\left[ \frac{1}{12}x^3-3x\right]_{-3,46}^{3,46} \\ =\left(\frac{1}{12}\cdot 3,46^{3}-3\cdot 3,46\right)-\left(\frac{1}{12}\cdot (-3,46)^{3}-3\cdot (-3,46)\right) \\ =\left(-6,93\right)-\left(6,93\right)=-13,9 \\ \\ $