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Aufgabe:

Es sei n ∈ ℕ, ak > 0 für alle k ∈ {0,...,n} und der Definitionsbereich ℝ gegeben. Zeige, dass die folgende Funktion genau einen Extrempunkt besitzt und gebe diesen an:

g(x) = \( \sum\limits_{k=0}^{n}{a} \)kx2k


Ich komme bei dieser Aufgabe leider nicht weiter, kann mir jemand weiterhelfen?

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Aloha :)

Da die Summe endlich ist, können wir die Ableitung unter das Summenzeichen ziehen:$$0\stackrel!=g'(x)=\sum\limits_{k=0}^n\left(a_kx^{2k}\right)'=\sum\limits_{k=1}^n2k\,a_kx^{2k-1}=\sum\limits_{k=0}^{n-1}2(k+1)\,a_kx^{2k+1}$$$$\phantom{0}=x\sum\limits_{k=0}^{n-1}2(k+1)\,a_kx^{2k}=x\left(2a_0+\sum\limits_{k=1}^{n-1}2(k+1)\,a_kx^{2k}\right)$$Wegen \(a_k>0\) und \(x^{2k}\ge0\) ist die Summe sicher \(\ge0\). Da auch \(a_0>0\) ist, wird der Ausdruck genau dann \(0\), wenn \(x=0\) ist. Daher ist \(x=0\) die einzige Nullstelle der ersten Ableitung.

Die zweite Ableitung können wir nun mit der Produktregel sofort hinschreiben:

$$g''(x)=\left(2a_0+\sum\limits_{k=1}^{n-1}2(k+1)\,a_kx^{2k}\right)+x\left(2a_0+\sum\limits_{k=1}^{n-1}2(k+1)\,a_kx^{2k}\right)'$$Ohne die Ableitung des zweiten Summanden auszurechnen, ist wegen des Faktors \(x\) klar, dass diese bei \(x=0\) verschwindet. Es ist:$$g''(0)=2a_0>0\quad\implies\quad\text{Minimum}$$Die Funktion \(g(x)\) hat ein einziges Extermum, es ist ein globales Minimum bei \((0|0)\).

Avatar von 153 k 🚀

Müsste das Minimum nicht bei (0|a0) liegen?

Die Rechnung von T ist falsch.

Es ist \(g(0)=0\).

wieso ist g(0) = 0 und nicht a0 ? Und müßte das nicht ak+1 in der ersten Zeile rechts sein?

g''(0)=2a0

ist auch falsch. Die ganze Rechnung halte ich für äußerst fragwürdig.

Oha, ich habe übersehen, dass man bei Potenzreihen \(0^0=1\) definiert. Dann kann man die Funktion umschreiben:$$g(x)=a_0\cdot x^0+\sum\limits_{k=1}^na_kx^{2k}=a_0+\sum\limits_{k=1}^na_kx^{2k}$$Und dann ist in der Tat \(g(0)=a_0\).

Warum muß man hier die Definition  00 = 1 bemühen?

Man könnte das gegebene Polynom natürlich als spezielle Potenzreihe betrachten, aber warum sollte man sich das Leben schwer machen?

Das ‚Problem‘ ist doch eigentlich wie Tur Tur ein Scheinriese und entsteht nur durch die Verwendung des Summensymbols. Wenn ich es ausschreibe ist es ganz harmlos und es entsteht kein undefinierter Ausdruck.

Im Übrigen wäre die Verwendung von 00 = 0 auch erklärungsbedürftig.

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Bei allen Summanden (mit k > 0) handelt es sich um eine nach oben geöffnete Parabel 2k. Grades mit dem Tiefpunkt im Ursprung.

Bei dem Summand (mit k = 0) handelt es sich um eine horizontale Gerade mit dem y-Achsenabschnitt bei a0.

Die Summe dieser Funktionen hat also auch nur einen Tiefpunkt bei (0 | a0).

Avatar von 493 k 🚀

Falsch, s.o.

Ich habe das korrigiert.

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