Aus Online Mathematik Brückenkurs 2

Lokale Extrempunkte einer Funktion sind entweder:

1. stationäre Punkte, wo \displaystyle f^{\,\prime}(x)=0,
2. Singuläre Punkte, wo die Funktion nicht ableitbar ist, oder
3. Endpunkte.

Nachdem die Funktion ein Polynom ist, ist sie überall definiert, und überall ableitbar. Also gibt es keine Extrempunkte die die Bedienungen 2 und 3 erfüllen.

Die stationären Punkte erhalten wir wenn wir die Ableitung

\displaystyle \begin{align} f^{\,\prime}(x) &= -4x^3 + 8\cdot 3x^2 - 18\cdot 2x\\[5pt] &= -4x^3 + 24x^2 - 36x\\[5pt] &= -4x(x^2 - 6x + 9) \end{align}

also null setzen.

Von der Gleichung im letzten Schritt, sehen wir dass die Ableitung null ist wenn einer der Faktoren null ist.

\displaystyle x^2 - 6x + 9 = 0\,\textrm{.}

Wir lösen diese Gleichung durch quadratische Ergänzung,

\displaystyle (x-3)^2 - 3^2 + 9 = 0

und wir erhalten

\displaystyle (x-3)^2 = 0

diese Gleichung hat die Wurzel \displaystyle x=3.

Also hat die Gleichung der Ableitung die beiden Wurzeln \displaystyle x=0 und \displaystyle x=3.

Nachdem die Ableitung

\displaystyle f^{\,\prime}(x) = -4x(x-3)^2

ist, machen wir eine Vorzeichentabelle mit den einzelnen Faktoren \displaystyle -4x und \displaystyle (x-3)^{2}.

\displaystyle x		\displaystyle 0		\displaystyle 3
\displaystyle -4x	\displaystyle +	\displaystyle 0	\displaystyle -	\displaystyle -	\displaystyle -
\displaystyle (x-3)^2	\displaystyle +	\displaystyle +	\displaystyle +	\displaystyle 0	\displaystyle +

Mit den Rechenregeln \displaystyle {+}\cdot {+}={+}, \displaystyle {-}\cdot {+} = {-} und \displaystyle {-}\cdot {-}={+} für die Vorzeichen, erhalten wir folgende Vorzeichentabelle für die Ableitung:

\displaystyle x		\displaystyle 0		\displaystyle 3
\displaystyle f^{\,\prime}(x)	\displaystyle +	\displaystyle 0	\displaystyle -	\displaystyle 0	\displaystyle -
\displaystyle f(x)	\displaystyle \nearrow	\displaystyle 0	\displaystyle \searrow	\displaystyle -27	\displaystyle \searrow

Hier sehen wir dass \displaystyle x=0 ein lokales Minima ist, und dass \displaystyle x=3 ein Sattelpunkt ist (und daher kein Extrempunkt).