Hoch- und Tiefpunkte bestimmen
Um Extremstellen einer Funktion zu finden, brauchst du zwei wichtige Bedingungen. Die notwendige Bedingung ist f'(x) = 0. Die hinreichende Bedingung unterscheidet dann zwischen Hoch- und Tiefpunkten: Ist f''(x) < 0, handelt es sich um einen Hochpunkt; ist f''(x) > 0, haben wir einen Tiefpunkt.
Schauen wir uns ein Beispiel an: f(x) = x³-3x. Zuerst bilden wir die Ableitungen:
- f'(x) = 3x²-3
- f''(x) = 6x
Mit der notwendigen Bedingung f'(x) = 0 lösen wir: 3x²-3 = 0 → x² = 1 → x₁ = -1 oder x₂ = 1.
Jetzt prüfen wir die hinreichende Bedingung:
- Für x₁ = -1: f''(-1) = -6 < 0 → HP bei (-1|2)
- Für x₂ = 1: f''(1) = 6 > 0 → TP bei (1|-2)
Merke dir: Der entscheidende Unterschied zwischen HP und TP liegt im Vorzeichen der zweiten Ableitung. Bei negativem f''(x) hast du einen Hochpunkt, bei positivem f''(x) einen Tiefpunkt.
Ein weiteres Beispiel mit f(x) = -x³+12x zeigt, wie wir mit Funktionen umgehen, die einen negativen Vorfaktor haben:
- f'(x) = -3x²+12
- f''(x) = -6x
Nullstellen der ersten Ableitung: -3x²+12 = 0 → x² = 4 → x₁ = -2 oder x₂ = 2
Bestimmung der Extrema:
- Für x₁ = -2: f''(-2) = 12 > 0 → TP bei (-2|-16)
- Für x₂ = 2: f''(2) = -12 < 0 → HP bei (2|16)
Die systematische Vorgehensweise hilft dir, bei jeder Funktion sicher die Extrempunkte zu bestimmen.