Welche Beziehung muss für die Koeffizienten der Funktion f(x) x^3 +bx^2+cx+d gelten, damit der Graph von f zwei, genau eine bzw. keine waagerechte Tagente hat?

3 Antworten

"Eine waagrecht Tangente haben" bedeutet, dass die FUnktion an dieser Stelle eine Steigung von 0 hat.

Die Steigung einer Funktion berechnet sich über die Ableitung. Ist die Steigung an einer Stelle 0, dann bedeutet es, dass die Ableitung der Funktion an dieser Stelle 0 sein muss.

Ich hoffe du kannst ableiten, falls nicht frag nach, aber ich geb sie jetzt eifnach an.

f'(x)=3x²+2bx+c =0

Wie du siehst ist das eine quadratische Funktion. Die hat entweder 2, 1 oder gar keine Nullstellen. Berechnen tut man die Nullstellen mit der pq-Formel.


fragestellennn 
Fragesteller
 14.02.2021, 22:26

Ja ich habe die Formel dann mit durch 3 aufgelöst und hatte dann f´(x) x^2+2/3bx +1/3c =0 aber wie setze ich das jetzt in die pq Formel ein, normaler weise fällt mir das leicht, bei dieser Formel jedoch nicht. Könnten sie mir da weiter helfen?

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Pokwo  14.02.2021, 23:15
@fragestellennn

Das durch drei teilen passt, jap.

Jetzt quasi p und q ablesen:

x²+px+q=0

-> p=2/3*b, q=1/3*c

Das ganze jetzt in die pq-FOrmel einsetzen:

x1,2= -p/2 +- Wurzel aus ((p/2)²-q)

x1,2= -(2/6*b) +- Wurzel aus((2/6*b)²-1/3*c)

Jetzt ist wichtig zu wissen, dass du hier 2 Lösungen haben wirst, wenn das unter der Wurzel positiv ist. Du wirst eine Nullstelle haben, wenn das unter der Wurzel gleich 0 ist. Und du wirst keine Nullstelle haben, wenn das unter der Wurzel negativ ist. Für die Aufgabe reicht es also nur das unter der Wurzel anzuschauen.

Es gilt also:

(2/6*b)²-1/3*c > 0 -> zwei Nullstellen

(2/6*b)²-1/3*c = 0 -> eine Nullstelle

(2/6*b)²-1/3*c < 0 -> keine Nullstelle

Das ganze kann man jetzt noch etwas vereinfachen:

(2/6b)^2=4/36b²=1/9b²

Dann steht in den Ungleichungen:

1/9*b²-1/3*c >=< 0 /*3

1/3*b²-c >=< 0 /+c

1/3*b² >=< c

Damit bist du fertig:

Wenn 1/3*b² größer ist als c, dann hast du zwei Nullstellen, wenn es gleich c ist eine und wenn es kleiner als c ist hast du keine Nullstellen.

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einfach eine Kurvendiskussion durchführen

waagerechte Tangente → Steigung f´(x)=m=0

Bedingung Maximum f´(x)=0 und f´´(x)<0

Bedingung Minimum f´(x)=0 und f´´(x)>0

1) f(x)=x³+b*x²+c*x+d nun ableiten

2) f´(x)=m=0=3*x²+2*b*x+c

3) f´´(x)=6*x+2*b

2) ist eine Parabel der Form y=f(x)=a2*x²+a1*x+ao

0=3*x²+2*b*x+c dividiert durch 3

0=x²+2/3*b*x+c/3 hat die Form 0=x²+p*x+q Nullstellen mit der p-q-Formel

x1,2=-p/2+/-Wurzel((p/2)²-q)

p=2/3*b und q=c/3

eingesetzt

x1,2=-2*b/(3*2)+/-W((2*b/(3*2)]²-c/3)=-b/3+/-Wurzel(b²/4-c/3)

Lösbarkeitsregeln für die quadratische Gleichung 0=x²+p*x+q

Diskriminante D=(p/2)²-q

1 Fall: D>0 → 2 reelle verschiedene Lösungen (2 Schnittstellen mit der x-Achse)

2 Fall: D=0 → 2 gleiche reelle Lösungen x1=x2=x (doppelte Nullstelle,Graph berührt hier nur die x-Achse)

3 Fall D<0 → 2 konjugiert komplexe Lösungen (Graph liegt komplett über oder unter der x-Achse)

siehe Mathe-Formelbuch → komplexe Zahlen

z1=Realteil+ i Imaginärteil → z2=Realteil - i Imaginärteil

also Radikand 0=b²/4-c/3 → c/3=b²/4 → c=3/4*b² doppelte Nullstelle

x1=x2=x nur 1 Stelle,wo die Steigung f´(x)=m=0 ist waagerechte Tangente

2) 0=b²/4-c/3 → (b²/4)>c/3 dann 2 Stellen,wo f´(x)=m=0 2 waagerechte Tangenten

3) (b²/4)<c/3 dann D<0 keine Stelle wo f´(x)=m=0 (Parabel liegt komplett über oder unter der x-Achse, → keine reelle Lösung)

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert

Pokwo  14.02.2021, 23:20

Du hast einen Flüchtigkeitsfehler unter der Wurzel:

(2*b/(3*2))²=(2b/6)²=4b²/36= 1/9*b²

Nicht wie bei dir 1/4*b²

Evtl. kannst du das noch verbessern? Da hängt halt leider das komplette Ergebnis dran ;)

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fjf100  15.02.2021, 09:31
@Pokwo

Stimmt,hast recht !!

Kann ich leider nicht ändern.

Problem:Eine Überprüfung auf Richtigkeit ist für mich viel Aufwand und ich bekomme hier auch für meine Arbeit nichts bezahlt.

Die Fragesteller müssen immer auf rechen- und Tippfehler prüfen,was ich auch meistens unten angebe.

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Pokwo  15.02.2021, 14:28
@fjf100

Ich dachte nur da gibt es jetzt eine neue FUnktion, aber kann mich auch komplett täuschen.

Selbstverständlich macht man mal Fehler, geht mir ja genauso, alles gut!

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fjf100  15.02.2021, 14:44
@Pokwo

abgeleitet ergibt das ja eine Parabel der Form 0=a2*x²+a1*x+ao

Dann halt die Lösbarkeitsregeln anwenden i ohne Rechenfehler und Tippfehler

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Pokwo  15.02.2021, 15:12
@fjf100

oh blöd ausgedrückt. Eine neue Funktion um die Antwort zu bearbeiten meinte ich. Was mit der Kurvendiskussion los ist, ist mir klar ;)

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Damit die Funktion eine Waagerechte Tangente hat, muss die Ableitung 0 sein.

Bestimme also die erste Ableitung.

Diese ist eine Funktion 2. Grades, also eine Parabel. Hier müsstest du wissen, wann sie zwei/eine bzw keine Nullstelle hat.