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Aufgabe:

Gegeben ist das Polynom p(x) = xm · (x2 - 1) mit m ∈ ℕ und m > 2. Gibt es Werte m, für die p(x) bei x = 0 einen Wendepunkt oder Extremwerte (welche Art?) besitzt?


Problem/Ansatz:

Jeder Hinweis ist willkommen.

Avatar vor von

Bilde die Ableitungen und überlege für welche Werte von m diese den Wert 0 annehmen. Übrigens: Alle diese Polynome haben mindestens 2 Nullstellen und daher mindestens ein Extremum.

Ich denke nicht, dass die Aussage bzgl. Extremum stimmt…

Gerade und ungerade \(m\) sind unterschiedlich.

@Moliets: Das hilft mir leider nicht weiter.

@Roland: für m=3 bekomme ich bei 0 keinen Extremwert

Graph für m=3:

blob.png

?

Wie ich doch sagte, kein Extremwert bei 0. Um andere geht es in der Aufgabe doch nicht?

Laß Dich nicht verwirren. Du hast Recht, Roland meint wohl etwas, was in der Aufgabe gar nicht gefragt ist.

nimm mal m gerade, dann für Wendepunkt, zweite Ableitung und m ungerade.

lul

@lul: sorry wenn ich etwas auf dem Schlauch stehe, aber die zweite Ableitung ist doch immer null und m soll doch auch größer als 2 sein .

Anschaulich ist mir das denke ich durch eine Skizze klar. Aber ich kann es nicht rechnerisch beweisen.

Das übliche Kriterium (z.B. erste Ableitung Null, zweite ungleich Null etc.) funktioniert auch, wenn die ersten Ableitungen alle Null sind bis zur m-ten Ableitung. Suche einfach mal nach ‚Extremwert Test höhere Ableitungen‘. Damit geht es dann auch rechnerisch…

Für alle \(2m\) gibt es gerade Hochzahlen.

Für alle \(2m+1\) gibt es ungerade Hochzahlen.

@ User26605: Danke! Das war genau was mir fehlte…

1 Antwort

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Beste Antwort

Man kann hier sehr einfach mit der Symmetrie des Graphen argumentieren:

Ist \(m\) ungerade, so ist der Graph punktsymmetrisch zum Ursprung.

Ist \(m\) gerade, so ist der Graph achsensymmetrisch zur \(y\)-Achse.

Überlege dir also, was das für den Ursprung bedeutet.

Avatar vor von 21 k

Ich denke ich kann folgen, kann man das nicht rechnerisch beweisen?

Was meinst du mit "das"? Die Symmetrie? Oder dass dort ein WP bzw. ein HP liegt?

Klar, wenn der Graph achsensymmetrisch ist, ist der Graph der Ableitung punktsymmetrisch. Im Ursprung ist dann eine Nullstelle mit Vorzeichenwechsel. -> EP liegt vor.

Analog muss aufgrund der Punktsymmetrie im Ursprung ein Krümmungswechsel vorliegen (andernfalls wäre es die Nullfunktion). Bzw. wenn der Graph punktsymmetrisch ist, ist der Graph der Ableitung achsensymmetrisch. Die Ableitung hat dort also nach der Argumentation oben einen EP.

Den Zusammenhang mit den Symmetrien kann man rechnerisch zeigen. Nutze dafür \(f(-x)=f(x)\) bzw. \(f(-x)=-f(x)\) und leite ab.

Ich meinte ohne die Symmetrie-Eigenschaft zu nutzen.

In einem anderen Kommentar habe ich jetzt den entscheidenden Hinweis bekommen, danke trotzdem.

Du solltest dir angewöhnen, auch andere Argumentationsstrategien zu nutzen. Sicherlich funktioniert auch der Ansatz über die Ableitung. Dann würde ich allerdings ausmultiplizieren, damit man keine Produktregel braucht.

Ich dachte an eine Lösung die auch funktioniert wenn die funktion nicht symmetrisch ist, oder kann dss nicht vorkommen?

Die von dir angegebenen Funktionen sind aber für alle \(m>2\) symmetrisch, was die Aufgabe dann natürlich entsprechend vereinfacht. Wieso über Dinge nachdenken, um die es gar nicht geht (kann man als Übung natürlich immer mal machen)? Das kostet in einer Prüfung nur unnötig Zeit. Deswegen ist es auch wichtig, solche Auffälligkeiten zu erkennen und zu nutzen.

Die Argumentation mit der Symmetrie funktioniert bei nicht symmetrischen Funktionen natürlich nicht. Aber da hilft dann der Standardansatz über die Ableitungen, der je nach Funktion aber auch aufwendig sein kann. Probiere doch dasselbe mal mit der Funktionenschar \(f(x)=x^n\mathrm{e}^{x^2}\).

Eine Alternative für das hinreichende Kriterium ist übrigens das Vorzeichenwechselkriterium, was sich hier auch gut anbietet. Da kann man nämlich auch über eine Fallunterscheidung zeigen, dass entweder ein HP vorliegt oder ein Sattelpunkt und damit ein Wendepunkt.

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