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Aufgabe:

Bestimmen Sie Nullstellen und Extrempunkte der Funktionsschar: fk(x)= k2*x^4-2k*x³+x²


Problem/Ansatz:

Ich hab für die Nullstellen schon x² ausgeklammert und dann durch k2 gerechnet, aber weiß nicht wie ich die pq-Formel ausrechnen soll.

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Hallo,

wenn du x2 ausgeklammert hast, bleibt dann noch

\(k^2x^2-2kx+1=0\)

durch k2 teilen ergibt

\(x^2-\frac{2}{k}x+\frac{1}{k^2}=0\\ x_{2,3}=\frac{1}{k}\pm\sqrt{\frac{1}{k^2}-\frac{1}{k^2}}\\\Rightarrow x_2=\frac{1}{k}\)

Gruß, Silvia

Avatar von 40 k

Kannst du mir bei den Extrempunkten noch helfen?

Ich habe bei f´k(x)= 4k2 *x³-6k*x²+2x schon x ausgeklammert und durch 4k2 geteilt.

Als pq-Formel habe ich \frac{3}{4k} +- \( \sqrt{\frac{9}{16k2 - \frac{2}{4k2}}} \)

Kommt dann in der Wurzel \( \frac{1}{4k} \) heraus und als Nullstellen \( \frac{1}{k} \) und \( \frac{1}{2k} \) ?

Du bist fast am Ziel. Unter der Wurzel steht

\(\frac{9}{16k^2}-\frac{2}{4k^2}\)

Erweitere den zweiten Bruch mit 4, um die Brüche auf den gleichen Nenner zu bringen:

\(\frac{9}{16k^2}-\frac{8}{16k^2}=\frac{1}{16k^2}\\ \sqrt{\frac{1}{16k^2}}=\frac{1}{4k}\)

Damit solltest du auf \(x_2=\frac{1}{2k}\quad x_3=\frac{1}{k}\) kommen.

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k^2*x^4-2k*x³+x²=0|:k^2

x^4-\( \frac{2}{k} \) *x³+x²=0

x^2*(x^2-\( \frac{2}{k} \)*x+1)=0

x_1,2=0 ist eine doppelte Nullstelle  (→ Extremwert)

x^2-\( \frac{2}{k} \)*x+1=0

x^2-\( \frac{2}{k} \)*x=-1

(x-\( \frac{1}{k} \))^2= -1 +\( \frac{1}{k^2} \)

x₃=\( \frac{1}{k} \)+Wurzel aus (-1 +\( \frac{1}{k^2} \))

x₄=\( \frac{1}{k} \)-Wurzel aus (-1 +\( \frac{1}{k^2} \))

Avatar von 40 k
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Aloha :)

a) Mit dem Ausklammern von \(x^2\) bist du bereits auf einem guten Weg. Du kannst dann noch auf den Rest der Klammer die zweite binomische Formel anwenden:$$f_k(x)=k^2x^4-2kx^3+x^2=x^2(k^2x^2-2kx+1)=x^2(kx-1)^2$$

Nach dem Satz vom Nullprodukt, liegen die Nullstellen dort, wo \(x^2=0\) oder \((kx-1)=0\) ist:$$x_1=0\quad;\quad x_2=\frac{1}{k}$$

b) Kandidaten für Extrempunkte finden wir dort, wo die erste Ableitung zu null wird:

$$0\stackrel!=f'_k(x)=4k^2x^3-6kx^2+2x=4k^2x\left(x^2-\frac{3}{2k}x+\frac{1}{2k^2}\right)$$Der Faktor \(4k^2x\) wird null für \(x_1=0\), die Nullstellen der Klammer liefert die pq-Formel:$$x_{2;3}=\frac{3}{4k}\pm\sqrt{\frac{9}{16k^2}-\frac{1}{2k^2}}=\frac{3}{4k}\pm\sqrt{\frac{9}{16k^2}-\frac{8}{16k^2}}=\frac{3}{4k}\pm\sqrt{\frac{1}{16k^2}}=\frac{3\pm1}{4k}$$Wir haben also drei Kandidaten für Extremwerte:$$x_1=0\quad;\quad x_2=\frac{1}{k}\quad;\quad x_3=\frac{1}{2k}$$

Zur Bestimmung der Art der Extrema bemühen wir die zweite Ableitung:$$f''_k(x)=12k^2x^2-12kx+2=12kx(kx-1)+2$$und testen die Kandidaten durch:$$f''_k\left(0\right)=2>0\implies\text{Minimum}$$$$f''_k\left(\frac{1}{k}\right)=2>0\implies\text{Minimum}$$$$f''_k\left(\frac{1}{2k}\right)=-1<0\implies\text{Maximum}$$

Avatar von 152 k 🚀

Danke für die ausführliche Antwort :))

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