Kurvendiskussion einer Funktion 4. Grades

MathematicsAnalysis of Polynomial FunctionsMittelSTEM

Veröffentlicht:

Gegeben ist die Funktion f mit $f(x) = -x^4 + 8x^3 - 18x^2 + 27, x \in \mathbb{R}$.

Ihr Schaubild heißt $K_f$.

2.1 Zeigen Sie, dass f bei $x_1 = -1$ und $x_2 = 3$ Nullstellen hat.

Untersuchen Sie $K_f$ auf Extrem- und Wendepunkte.

Zeichnen Sie $K_f$ für $-1,25 \leq x \leq 4$. (12 Punkte)

2.2 Prüfen Sie, ob die y-Achse den Inhalt der Fläche zwischen $K_f$ und der x-Achse im Verhältnis 1:2 teilt. (5 Punkte)

Animierte Videolösung

Die erste Hälfte ist kostenlos, die komplette Lösung gibt es in der App.

Schriftliche Lösung Schritt für Schritt

1
Schritt 1

In dieser Aufgabe untersuchen wir eine Funktion vierten Grades. Zuerst zeigen wir, dass die gegebenen Werte Nullstellen sind, und berechnen dann die Extrem- und Wendepunkte.

Funktionsuntersuchung

$$f(x) = -x^4 + 8x^3 - 18x^2 + 27$$
2
Schritt 2

Um zu zeigen, dass x eins gleich minus eins eine Nullstelle ist, setzen wir den Wert einfach in die Funktionsgleichung ein.

1. Nachweis der Nullstellen

$$f(-1) = -(-1)^4 + 8(-1)^3 - 18(-1)^2 + 27$$
3
Schritt 3

Rechnen wir es aus: minus eins plus minus acht minus achtzehn plus siebenundzwanzig ergibt null. Die erste Nullstelle ist also verifiziert.

4
Schritt 4

Das gleiche machen wir für x zwei gleich drei. Wir berechnen f von drei.

$$f(3) = -(3)^4 + 8(3)^3 - 18(3)^2 + 27$$
5
Schritt 5

Wir erhalten minus einundachtzig plus zweihundertsechzehn minus einhundertundzweiundsechzig plus siebenundzwanzig. Auch das ergibt null.

6
Schritt 6

Für die weiteren Untersuchungen benötigen wir die ersten drei Ableitungen der Funktion.

Ableitungen

$$f(x) = -x^4 + 8x^3 - 18x^2 + 27$$
$$f'(x) = -4x^3 + 24x^2 - 36x$$
$$f''(x) = -12x^2 + 48x - 36$$
$$f'''(x) = -24x + 48$$
7
Schritt 7

Für die Extrempunkte setzen wir die erste Ableitung gleich null. Wir klammern minus vier x aus.

2. Extrempunkte

$$0 = -4x(x^2 - 6x + 9)$$
8
Schritt 8

Der Term in der Klammer ist eine binomische Formel, also x minus drei zum Quadrat. Wir finden Nullstellen bei x gleich null und x gleich drei.

9
Schritt 9

Prüfen wir x gleich null in der zweiten Ableitung. Wir erhalten minus sechsunddreißig. Da dies kleiner als null ist, liegt ein lokales Minimum vor. Der Punkt ist null strich siebenundzwanzig.

$$f''(0) = -36 < 0 \implies HP(0 | 27)$$

Der Rest der Lösung ist auf Solvi

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