Analysis-Kurvendiskussion-Ganzrationale Funktion



Beispiel Nr: 17
$\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}{3}x^2+2x+5 \ $ <br/> $\bullet \text{Funktion/Ableitungen/Stammfunktion} \\ f\left(x\right)=-\frac{1}{3}x^2+2x+5=-\frac{1}{3}(x+1,9)(x-7,9)\\ f'\left(x\right)=-\frac{2}{3}x+2\\ f''\left(x\right)=-\frac{2}{3}\\ F(x)=\int_{}^{}(-\frac{1}{3}x^2+2x+5)dx=-\frac{1}{9}x^3+x^2+5x+c \\ \\ \bullet\text{Definitions- und Wertebereich:}\\\qquad \mathbb{D} = \mathbb{R} \qquad \mathbb{W} = ]-\infty,8] \\ \\ \bullet \text{Grenzwerte:} \\ f(x)=x^2(-\frac{1}{3}+\dfrac{2}{x}+\dfrac{5}{x^2}) \\ \lim\limits_{x \rightarrow \infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{1}{3}\cdot \infty^2]=-\infty \\\lim\limits_{x \rightarrow -\infty}{f\left(x\right)}=[-\frac{1}{3}\cdot (-\infty)^2]=-\infty \\ \\ \bullet \text{Symmetrie zum Ursprung oder zur y-Achse } \\f\left(-x\right)=-\frac{1}{3}\cdot (-x)^{2}+2\cdot (-x)+5 \\ \text{keine Symmetrie zur y-Achse und zum Ursprung } \\ \\ \bullet \text{Nullstellen / Schnittpunkt mit der x-Achse:} \\f(x)=-\frac{1}{3}x^2+2x+5 = 0 \\ \\ \\ -\frac{1}{3}x^{2}+2x+5 =0 \\ x_{1/2}=\displaystyle\frac{-2 \pm\sqrt{2^{2}-4\cdot \left(-\frac{1}{3}\right) \cdot 5}}{2\cdot\left(-\frac{1}{3}\right)} \\ x_{1/2}=\displaystyle \frac{-2 \pm\sqrt{10\frac{2}{3}}}{-\frac{2}{3}} \\ x_{1/2}=\displaystyle \frac{-2 \pm3,27}{-\frac{2}{3}} \\ x_{1}=\displaystyle \frac{-2 +3,27}{-\frac{2}{3}} \qquad x_{2}=\displaystyle \frac{-2 -3,27}{-\frac{2}{3}} \\ x_{1}=-1,9 \qquad x_{2}=7,9 \\ \underline{x_1=-1,9; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\\underline{x_2=7,9; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\ \\ \bullet \text{Vorzeichentabelle:} \\ \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c||} \hline & x < &-1,9&< x <&7,9&< x\\ \hline f(x)&-&0&+&0&-\\ \hline \end{array}\\ \\ \underline{\quad x \in ]-1,9;7,9[\quad f(x)>0 \quad \text{oberhalb der x-Achse}}\\ \\ \underline{\quad x \in ]-\infty;-1,9[\quad \cup \quad]7,9;\infty[\quad f(x)<0 \quad \text{unterhalb der x-Achse}} \\ \\ \bullet \text{Extremwerte/Hochpunkte/Tiefpunkte:} \\f'(x)=-\frac{2}{3}x+2 = 0 \\ \\ -\frac{2}{3} x+2 =0 \qquad /-2 \\ -\frac{2}{3} x= -2 \qquad /:\left(-\frac{2}{3}\right) \\ x=\displaystyle\frac{-2}{-\frac{2}{3}}\\ x=3 \\ \underline{x_3=3; \quad1\text{-fache Nullstelle}} \\f''(3)=-\frac{2}{3} \\ f''(3)<0 \Rightarrow \underline{\text{Hochpunkt:} (3/8)} \\ \\ \bullet\text{Monotonie/ streng monoton steigend (sms)/streng monoton fallend (smf) } \\ \begin{array}{|c|c|c|c||} \hline & x < &3&< x\\ \hline f'(x)&+&0&-\\ \hline \end{array}\\ \\ \underline{\quad x \in ]-\infty;3[\quad f'(x)>0 \quad \text{streng monoton steigend }}\\ \\ \underline{\quad x \in ]3;\infty[\quad f'(x)<0 \quad \text{streng monoton fallend }}\\ \\ \bullet\text{Eingeschlossene Fläche mit der x-Achse} \\A=\int_{-1,9}^{7,9}\left(-\frac{1}{3}x^2+2x+5\right)dx=\left[-\frac{1}{9}x^3+x^2+5x\right]_{-1,9}^{7,9} \\ =\left(-\frac{1}{9}\cdot 7,9^{3}+1\cdot 7,9^{2}+5\cdot 7,9\right)-\left(-\frac{1}{9}\cdot (-1,9)^{3}+1\cdot (-1,9)^{2}+5\cdot (-1,9)\right) \\ =\left(47,1\right)-\left(-5,13\right)=52,3 \\ \\ $