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Untersuchung einer gebrochen-rationalen Funktion Aufgabe mit Matura-/Abiturniveau

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Aufgabe

Gegeben ist die Funktion f(x) =--x---
      x2 + 1  .

  1. Diskutiere die Funktion f(x)  . Verlangt sind Definitionsbereich, Symmetrie, Nullstellen, Asymptoten, Extremal- und Wendepunkte. Skizziere die Funktion.
  2. Der Punkt A sei die Nullstelle der Funktion und der Punkt B der Wendepunkt mit positiver x-Koordinate. Der Punkt C liege zwischen A und B auf dem Graph von f(x)  . Bestimme C so, dass die Fläche des Dreiecks ABC  maximal wird.
  3. Bestimme eine Stammfunktion F (x)  der Funktion f(x)  .
  4. Der Graph von f(x)  schliesst zusammen mit der positiven x-Achse und der Gerade      V~ 
x =  3  im 1. Quadranten ein Flächenstück A  ein. Das Flächenstück A  soll von der Gerade x = q  halbiert werden. Wie ist q  zu wählen?

Lösung

  1. Definitionsbereich: IR  ; Punktsymmetrisch zu O; Nullstellen: N (0| 0)  ; Asymptoten: y = 0  ; Extrema: H( 1 |0.5)  , T(- 1|- 0.5)  ; Wendepunkte:             V~ 
W1( - V~ 3-|--3-)
            4  , W2(0 |0)  ,           V~ 
W3(  V~ 3-|-3)
         4
  2. C( 0.68125|0.4653)
    Steigung m der Geraden durch die Punkte A und B berechnen. Der Punkt C ist jener Punkt auf der Kurve, dessen Tangente die Steigung m hat. Dadurch wird der Abstand und somit auch die Fläche maximal.
  3.  integral -x--     1     2
  x2+1 dx = 2 .ln(x +1) +c
  4. q = ± 1
    Es ist die Gleichung 2 . integral q-x-dx =  integral  V~ 3-x-dx
    0x2+1      0  x2+1  zu lösen.