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Zeigen, das Funktion höchsten eine Nullstelle hat

Universität / Fachhochschule

Funktionalanalysis

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Tags: Funktion, Funktionalanalysis

 
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Mond13

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11:09 Uhr, 25.09.2018

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Hallo,

ich komme leider bei der folgenden Aufgabe nicht weiter:

Es sei f(x)=x2-e-2+xln(x)
a) Zeigen Sie, dass f auf dem Intervall I =(e-1,1) mindestens eine Nullstelle hat.
b) Zeigen Sie, dass f auf dem Intervall I =(e-1,1) höchstens eine Nullstelle hat.


Die a) habe ich gut hinbekommen und dort habe ich das gezwigt, durch:
f(e-1)=-e
f(e-1)<0

f(1)=1-1e2
f(1)>0

Und f ist stetig.


Bei der b) komme ich nun nicht weiter. Meine Überlegung ist, dass ich mit f'(x) zeigen muss, dass f im Intervall I entweder durchgehend monoton steigt, oder durchgehend monoton fällt. Ich hatte mir überlegt, einfach die Grenzen des Intervalls I dafür zu verwenden, aber es kann ja dann trotzdem nicht ausgeschlossen werden, dass die Fkt zwischendurch nochmal einen Knick hat. Das könnte ich natürlich ausschließen, indem ich die Nst berechne, aber das soll ich ja nicht.

Über Hilfe würde ich mich sehr freuen! ;-)

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich bräuchte bitte einen kompletten Lösungsweg." (setzt voraus, dass der Fragesteller alle seine Lösungsversuche zur Frage hinzufügt und sich aktiv an der Problemlösung beteiligt.)
Hierzu passend bei OnlineMathe:
Funktion (Mathematischer Grundbegriff)

Online-Übungen (Übungsaufgaben) bei unterricht.de:
 
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Bummerang

Bummerang

11:17 Uhr, 25.09.2018

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Hallo,

zunächst solltest Du Dein f(e-1) noch mal überprüfen. Ansonsten zeigst Du, dass die Ableitung im gesamten offenen Intervall positiv ist und deshalb die Funktion steng monoton steigt und deshalb jeder Wert, also auch Null, höchstens ein Mal angenommen wird.
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ledum

ledum aktiv_icon

11:19 Uhr, 25.09.2018

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Hallo
Deine Idee ist richtig, aber es ist ja leicht zu zeigen, dass f'>0 auf dem ganzen Intervall gilt, ln(x)-1,x>1e
(oder f''>0 also f' monoron wachsend )
Gruß ledum
Mond13

Mond13 aktiv_icon

16:34 Uhr, 25.09.2018

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Erst kurz an "Bummerang":
Stimmt, du hast Recht, ich habe mich verrechnet. Vielen Dank!
f(e-1)=-e-1
Stimmt das?

An "ledum":
Ah ok, dann mache ich es einfach auf die gute alte "Schulmethode" und berechne die ersten beiden Ableitungen:
f'(x)=2x+ln(x)+1
f''(x)=21x

Somit kann ich sagen, dass f''(x) im Intervall immer positiv bleibt, bzw. "linksgekrümmt" ist und somit nur höchstens eine Nst vorhanden sein kann, richtig?
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ledum

ledum aktiv_icon

16:51 Uhr, 25.09.2018

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Hallo
ich finde besser f' in dem Intervall als >0 zu finden, f'' sagt in dem Fall die Anderung von f' also dass f' wächst vom Anfang des Intervalls bis zum Ende und an denen hast du ja f' bestimmt. die Krümmung alleine sagt ja nichts.
Gruß ledum
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Atlantik

Atlantik aktiv_icon

17:55 Uhr, 25.09.2018

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"Ah ok, dann mache ich es einfach auf die gute alte "Schulmethode" und berechne die ersten beiden Ableitungen:
f(x)=2x+ln(x)+1

f ´´ (x)=21x "

f ´´ (x)21x


mfG

Atlantik

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Bummerang

Bummerang

18:16 Uhr, 25.09.2018

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@ledum:

Es reicht nicht, dass die Funktion monoton wächst, sondern sie muss streng monoton wachsen, genauso, wie ich es geschrieben hatte. Aber da es einfach ist zu zeigen, dass f' überall positiv ist, ist die strenge Monotonie auch einfach zu beweisen und dann sollte man das auch hinschreiben. Denn sonst (also bei "nur" Monotonie und keiner strengen Monotonie) wäre es möglich, dass genau dann die Funktion einen längeren waagerechten Abschnitt (der bei "nur" Monotonie eben nicht ausgeschlossen ist) hätte, wenn der Wert gleich Null ist. Und dann hat die Funktion definitiv mehrere Nullstellen (unendlich viele!) und nicht höchstens eine!
Mond13

Mond13 aktiv_icon

09:19 Uhr, 26.09.2018

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Ah ok!

Wie würde dann eine Musterlösung dieser Frage euer Meinung nach ausschauen (für den Fall, dass eine ähnliche Aufgabe in der Klausur drankommt)? Mir fällt es immernoch schwer, das dann auch so hinzuschreiben, dass es mathematisch korrekt ist.

LG
Mond13

Mond13 aktiv_icon

11:29 Uhr, 26.09.2018

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Also ich habe es jetzt nochmal folgendermaßen versucht:

f(x)=x2-e-2+xln(x)
f'(x)=2x+ln(x)+1

Wenn ich jetzt jedoch f'(x)=0 setzte, erhalte ich ja keinen Wert für x heraus, oder?

Wie kann ich dann auf eine Monotonie schließen?
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ledum

ledum aktiv_icon

11:40 Uhr, 26.09.2018

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Hallo
wieso sollte f'=0 sein? dann müsstest du ja wieder Nullstellen bestimmen.
dein Interwall ist 1e bis 1 in dem Intervall ist x1e,ln(x)-1 damit ln(x)+10, und damit im ganzen Intervall f'(x)1e, aber eigentlich hatte ich das schon geschrieben.
Gruß ledum
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Mond13

Mond13 aktiv_icon

19:14 Uhr, 30.09.2018

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Hab's! besten Dank! ;-)
Frage beantwortet
Mond13

Mond13 aktiv_icon

19:15 Uhr, 30.09.2018

Antworten
Hab's! besten Dank! ;-)