Nullstellen berechnen bei Funktionen

Erste Frage Aufrufe: 719     Aktiv: 01.04.2020 um 09:43

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wie berechne ich die Nullstellen für eine Funktion 3.Grades, also mit x^3

 

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Die Frage ist viel zu allgemein gestellt. Klar ist, man muss das Polynom = 0 setzen. Wie man das dann löst, hängt davon ab, wie das Polynom genau aussieht. Ich nehme an, wenn es linear ist, ist es klar. Bei quadratischen Polynomen: Zum Beispiel mit der abc-Formel. Manchmal kann man x (oder eine Potenz von x) ausklammern. Dann benutzt man den Satz vom Nullprodukt.   ─   digamma 30.03.2020 um 19:47

Wenn ich mich nicht völlig irre, war in der Ursprungsfrage nur allgmeine von Polynomen die Rede.   ─   digamma 30.03.2020 um 21:19
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Hallo,

also bei dieser Funktion kriegst Du leider ein bisschen Schwierigkeiten; aber lass es uns von vorne angehen.

Normalerweise (also im Rahmen des Schulunterichts) muss man bei Polynomen dritten Grades (auch ganzrationale Funktion dritten Grades genannt, um so etwas handelt es sich bei dieser Funktion) die erste Nullstelle erst einmal "geschickt" raten. Mit ein bisschen kopfrechen sehe ich bei Deiner Funktion, dass eine Nullstelle \(x=-3\) ist. (Nachprüfen: \(2\cdot (-3)^3+4\cdot (-3)^2-5\cdot (-3)+3=-54+36+15+3=0\), passt also). Wenn Du die erste Nullstelle gefunden hast, dann kannst Du mit Polynomdivision weiter machen (ich kann das hier nicht so schön formattieren, daher müsstest Dus selber nachrechnen) - wir teilen die Funktion also durch den Term \((x-\text{Nullstelle})=\left(x-(-3)\right)=(x+3)\):

 \(2x^3+4x^2-5x+3):(x+3)=2x^2 -2x+1\)

Jetzt musst Du den verbleibenden Funktionsterm \(2x^2 -2x+1\) noch nach Nullstellen untersuchen. Dafür gibts dann die Mitternachtsformel: \(x_{1,2}=\frac{2\pm\sqrt{4-8}}{4}=\frac{2\pm\sqrt{-4}}{4}\). Aber halt! Hier kommt meine Frage an Dich: habt ihr in der Schule "komplexe Zahlen" gelernt? Falls ja, dann weißt Du was hier zu tun ist und Du findest zwei weitere Nullstellen zusätzlich zu \(x=-3\). Falls nein, dann bist Du hier fertig, denn die Wurzel einer negativen Zahl ist nicht definiert, d.h. sie existiert damit nicht und dadurch auch keine weiteren Nullstellen.

Hoffe das hilft,

Viele Grüße,

MoNil

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Hallo,

noch ein Tipp für das raten von Nullstellen:

Wenn du ein Polynom hast

$$ p(x) = a_n x^n + a_{n-1}x^{n-1} + \ldots + a_1 x + a_0 $$

und für alle Koeffizienten gilt \( a_k \in \mathbb{Z} \). Alle Koeffizienten sind also ganze Zahlen, dann gilt:

Wenn \( p(x) \) eine rationale Nullstelle hat, dann hat sie die Gestalt \( \frac a b \), mit \( a,b \in \mathbb{Z} \) und \( \mathrm{ggt}(a,b) = 1 \). Dabei ist \( |a| \) ein Teiler von \( | a_0 | \) und \( | b | \) ein Teiler von \( |a_n | \).

Was bedeutet das jetzt? Wir haben bei deinem Polynom \( a_n = 2 \) und \( a_0 = 3 \). Damit kommen als Zähler Teiler von \( 3 \) in Frage und als Nenner Teiler von \( 2 \). Und Zähler und Nenner müssen zudem Teilerfremd sein.

Das bedeutet die einzigen überhaupt möglichen rationalen Nullstellen sind

$$ \begin{array}{cc} &  \pm \frac 1 1 , \pm \frac 1 2 , \pm \frac 3 1 , \pm \frac 3 2 \\ \Rightarrow & \pm 1, \pm \frac 1 2  \pm 3 , \pm \frac 3 2  \end{array}$$

Es wären also 8 Zahlen die als rationale Zahlen in Frage kommen.

Anmerkung: Ein Polynom kann auch irrationale oder komplexe Zahlen als Nullstellen haben, da hilft uns dieser Tipp leider nicht weiter Aber da ihr komplexe Zahlen vermutlich noch nicht hattet und sich irrationale Zahlen nicht wirklich erraten lassen, kann das doch sehr hilfreich sein.
Zudem sind es meistens leichte Zahlen die erraten werden können. Deshalb würde ich von den Kandidaten immer erst die ganzen Zahlen ausprobieren, also

$$ \pm 1 , \pm 3 $$

Das sind nur noch 4 Kandidaten. 

Vorallem wenn dein Polynom normiert ist, sind deine Kandidaten auch nur ganze Zahlen, und zwar sind diese Kandidaten Teiler von \( | a_0 | \).

Ich hoffe der Tipp hilft dir weiter. Wenn du diesen etwas üben willst, kannst du gerne mal bei ein paar Polynomen die Kandidaten bestimmen. Ich gucke gerne drüber.

Grüße Christian

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Danke, da habe ich auch etwas gelernt.   ─   digamma 30.03.2020 um 21:21

Freut mich zu hören :D
Das ist doch das schöne an so einem Forum. Man lernt nie aus :p
  ─   christian_strack 30.03.2020 um 21:29

Wow, so einfach, so schön! Vielen Dank!   ─   monil 30.03.2020 um 21:56

Vielen herzlichen Dank!   ─   cfinck 31.03.2020 um 11:39

Hallo Christian,
ich möchte auf deinen Rat zurückkommen und habe mir eine andere Aufgabe gestellt:
8x^3 -5x^2-3x+7
das wären dann die Teiler von 7/8
also:
+1/1; -1/1;+1/2; -1/2; +1/4;-1/4; +1/8; -1/8; +7/1; -7/1; +7/2; -7/2; + 7/4; -7/4; +7/8; -7/8( sieht unschön aus, aber ich weiß nicht wie ich einen Bruch so wie ihr richtig schreiben kann);
das heißt also: wenn ich nur die ganzen Zahlen nehme, dann habe ich Nullstellen bei:
+1/ und -1/1 und +7/1 und -7/1;
Stimmt das?
Gruß
cfinck

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  ─   cfinck 31.03.2020 um 12:05

In dem Forium nutzen wir mathjax. Hier findest du eine Einleitung: https://media.mathefragen.de/static/files/mathjax_howto.pdf
Falls dazu fragen aufkommeen , melde dich ruhig nochmal

nun zur Aufgabe: Die Kanididaten hast du bereuts rchtig berechet.
$$ \pm 1, \pm \frac 1 2 , \pm \frac 14 , \pm \frac 1 8 ,\quad \text{und} \pm \frac 71, \pm \frac 72 , \pm \frac 7 4 , \pm \frac 78 $$

Deiese gilt es jetzt durrchzuprüfenn : ,)
versuch wie du schin sagst die Gazen Zahlen zurst ene andre Mölichkein gibt es leider nich.
Kommst do so auf die richtige
  ─   christian_strack 31.03.2020 um 19:52

@dfinck: Hast du dir das Polynom selbst ausgedacht, oder steht das irgendwo als Aufgabe? Wenn du nämlich die Koeffizienten einfach so zufällig wählst, dann ist es sehr unwahrscheinlich, dass es ganzzahlige oder rationale Lösungen gibt.   ─   digamma 31.03.2020 um 20:00

Ja da muss ich digamma recht geben. Keiner der Kandidaten ist eine Nullstelle des Polynoms.
Aber ist auch gut mal gesehen zu haben. Du siehts es funktioniert leider nicht immer. Eben nur wen auch eine rationale Nullstelle exisiteiert.
Aber die Kandidaten hast du alle richtig bestimmt :)
Wenn du magst, Verusche dich mal an dem Polynom
$$ p(x) = 3x^3 + 15x + 6x - 24 $$
Grüße Christian
  ─   christian_strack 01.04.2020 um 09:43

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