Sattelpunkt oder Extrempunkt?

Aufrufe: 1773     Aktiv: 08.03.2020 um 16:17

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Guten Abend,

Wir haben im moment das Thema Extremstellen und Sattelpunkte in der Schule. Wie man die findet, weiß ich: Erste Ableitung null setzten und dann den Wert in die zweite Ableitung einsetzen, um herauszufinden, ob ein Hoch-,Tief- oder Sattelpunkt vorliegt. Ist die Zahl größer null, ist es ein Tiefpunkt, ist sie kleiner ein Hochpunkt. Und ist sie gleich 0, dann ist es ein Sattelpunkt. Jedoch hatten wir im Unterricht eine Funktion, wo der Wert ebenfalls 0 war, doch als wir die Funktion zeichneten, sahen wir: Es handelt sich doch gar nicht um ein Sattelpunkt, sondern um ein Tiefpunkt. Unser Lehrer erklärte uns dann, dass man bei einem Sattelpunkt noch zusätzlich mihilfe der 2.Ableitung auf Vorzeichenwechsel prüfen muss.

Dass verstand ich nicht. Wo spielt uns die Funktion einen Streich? ;) Beispielsweise bei der Funktion x^4 ist dies der Fall: Die zweite Ableitung spuckt null aus, aber es handelt sich nicht um ein Sattelpunkt, sondern bekannterweise um einen Tiefpunkt. 

Woran liegt das? Ich dachte immer es handelt sich immer um einen Sattelpunkt wenn die zweite Ableitung 0 ist :(

Ich würde mich über eine Antwort freuen.

Vielen Dank im Voraus!

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Ein Extremum liegt genau dann vor, wenn die Ableitung an der Stelle 0 ist und das Vorzeichen wechselt (die Funktion also ihr Steigungsverhalten ändert.) Also muss die Ordnung der Nullstelle der Ableitung für ein Extremum ungerade sein, ist sie gerade, dann liegt ein Sattelpunkt vor. 

Beim Ableiten verringert sich die Ordnung der Nullstelle um 1. Wenn die Nullstelle der ersten Ableitung erster Ordnung war, ist die zweite Ableitung dort nicht mehr 0, und du kannst sicher sagen, dass dort ein Extremum ist. Ist die zweite Ableitung aber immer noch 0, weißt du nicht, ob die Nullstelle zweiter, dritter, vierter, .... Ordnung war, und es ist nur die Parität, die über Extremum oder Sattelpunkt entscheidet. 

Es gibt drei Möglichkeiten, wie du vorgehen kannst. Sei \(f(x)=x^4, x_0=0.\)

  • Du leitest so lange ab und setzt deinen kritischen Punkt ein, bis was rauskommt, was nicht 0 ist. Zum Beispiel ist \(f'(0)=f''(0)=f^{(3)}(0)=0,\) aber \(f^{(4)}(0)=24\neq0.\) Wenn das bei einer geraden Ableitung passiert, so wie hier, dann liegt ein Extremum vor, sonst ein Sattelpunkt.
  • Du untersuchst die erste Ableitung auf Vorzeichenwechsel. Wechselt die Ableitung an der Nullstelle das Vorzeichen, dann liegt ein Extremum vor, sonst ein Sattelpunkt. \(f'(x)=4x^3\) wechselt bei 0 das Vorzeichen von - zu +, also ist es ein Extremum.
  • Du untersuchst die zweite Ableitung auf Vorzeichenwechsel. Wechselt diese an der Nullstelle das Vorzeichen, liegt ein Sattelpunkt vor, sonst ein Extremum. \(f''(x)=12x^2\) wechselt nicht das Vorzeichen, denn das Quadrat ist immer positiv, folglich liegt ein Extremum vor. 

Welches Verfahren am besten ist, hängt von der Funktion und von der Aufgabenstellung ab. Wenn man beispielsweise sowieso die Funktion auf das Monotonieverhalten untersuchen soll, dann bietet sich die zweite Variante an. Im Allgemeinen würde ich von der ersten Variante abraten, da man nicht weiß, wie oft man ableiten muss und Ableitungen komplizierterer Funktionen sehr schnell hässlich werden können.   

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Dankeschön für die ausführliche Antwort.
Also verstehe ich es richtig, dass das an der "Höhe" der Ordnung liegt? Im Beispiel war es ja die 4. Ordnung und dadurch, dass dann die erste Ableitung 3. Ordnung ist, kann man sich nicht nur darauf verlassen, dass die erste und zweite Ableitung 0 ist, sondern muss auch auf Vorzeichenwechsel prüfen.
Und sehe ich es auch richtig, dass es egal ist ob man mithilfe der ersten oder zweiten Ableitung auf VZW prüft?
  ─   alexanderr. 08.03.2020 um 14:09

Es ist egal, welche Ableitung du auf Vorzeichenwechsel prüfst, nur ist das Resultat jeweils vertauscht. Also bei der ersten Ableitung impliziert ein Vorzeichenwechsel ein Extremum, bei der zweiten Ableitung impliziert ein Vorzeichenwechsel einen Sattelpunkt.   ─   sterecht 08.03.2020 um 15:56

Vielen Dank, jetzt ist mir alles klar!   ─   alexanderr. 08.03.2020 um 16:16

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