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Berechnen Sie die Extremstellen folgender Funktion:

$$ f(x) = \frac{x}{1+x^2} $$

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Die erste Ableitung muss 0 werden, damit eine Extremstelle vorliegt.

Berechnen wir also f'(x) nach der Quotientenregel:
f(x) = u/v:
f'(x) = (u' v - u v')/v2

Also:

$$ f ^ { \prime } ( x ) = \frac { \left( 1 + x ^ { 2 } \right) - x \cdot 2 x } { \left( 1 + x ^ { 2 } \right) ^ { 2 } } = \frac { 1 - x ^ { 2 } } { \left( 1 + x ^ { 2 } \right) ^ { 2 } } $$


Ein Bruch wird null, wenn der Zähler 0 und der Nenner nicht 0 ist. Offenbar wird der Nenner nie 0, denn x2 ≥ 0.

Also muss nur

0 = 1-x2

gelten.

x2 = 1

x = ±1

Möglich Extremstellen liegen also bei x=1 und x=-1.

Um zu prüfen, ob es sich um Maxima oder Minima handelt, muss die zweite Ableitung berechnet werden.

Wiederum nach der Quotientenregel erhält man:

$$ f ^ { \prime \prime } ( x ) = \frac { - 2 x \left( 1 + x ^ { 2 } \right) ^ { 2 } - \left( 1 - x ^ { 2 } \right) \cdot 2 x \cdot 2 \left( 1 + x ^ { 2 } \right) } { \left( 1 + x ^ { 2 } \right) ^ { 4 } } = \frac { - 2 x \left( 1 + x ^ { 2 } \right) - 4 x \left( 1 - x ^ { 2 } \right) } { \left( 1 + x ^ { 2 } \right) ^ { 3 } } = \frac { 2 x ^ { 3 } - 6 x } { \left( 1 + x ^ { 2 } \right) ^ { 3 } } $$


Nun müssen noch f''(1) und f''(-1) berechnet werden:

f''(1) = -1/2  ⇒ x=1 ist Maximalstelle von f

f''(-1) = 1/2 ⇒ x=1 ist Minimalstelle von f

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