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Rechner für gebrochenrationale Funktionen

Gib eine gebrochenrationale Funktion ein – der Rechner bestimmt Definitionsbereich, Polstellen, hebbare Lücken, Nullstellen und alle Asymptoten. Jeder Schritt wird erklärt, gerechnet wird exakt mit Brüchen. Zum Schluss siehst Du den Graphen mit Asymptoten und Löchern.

Neu

Schreibweise: Zähler und Nenner in Klammern, z. B. (x^2 - 1)/(x - 2). Erlaubt sind auch Summen wie x + 1/x oder 2 - 3/(x + 1), Potenzen mit ^ und Dezimalzahlen mit Komma.

Ergebnis

Untersuchung von $f(x) = \frac{x^{2} - 1}{x - 1}$:

Definitionsbereich\(\mathbb{D} = \mathbb{R} \setminus \left\{1\right\}\)
gekürzt\(f(x) = x + 1\)
Polstellenkeine
hebbare Lücken\(\left(1 \,\middle|\, 2\right)\)
Nullstellen\(x = -1\)
Asymptotenkeine
Symmetriekeine
y-Achsenabschnitt\(f(0) = 1\)
Zum Rechenweg

Rechenweg

  1. Definitionsbereich

    Durch 0 darf man nicht teilen. Setze den Nenner $N(x)$ gleich 0 – seine Nullstellen sind die Definitionslücken.

    \[N(x) = 0 \quad\Leftrightarrow\quad x - 1 = 0\]
    \[x - 1 = 0 \quad\Rightarrow\quad x = 1\]
    \[x_0 = 1\]
    \[\mathbb{D} = \mathbb{R} \setminus \left\{1\right\}\]
  2. Faktorisieren und kürzen

    Zerlege Zähler und Nenner in Faktoren. Der gemeinsame Faktor $(x - 1)$ lässt sich kürzen – der gekürzte Term gilt aber nur im Definitionsbereich von f:

    \[f(x) = \frac{(x - 1) \cdot (x + 1)}{(x - 1)} = x + 1 \qquad (x \in \mathbb{D})\]
  3. Polstelle oder hebbare Lücke?

    Setze jede Definitionslücke in den gekürzten Nenner ein. Ist er dort nicht 0, ist die Lücke hebbar: Der Graph hat nur ein Loch, den Grenzwert liefert der gekürzte Term. Ist er 0, liegt eine Polstelle mit senkrechter Asymptote vor. Kommt der Faktor gerade oft vor (doppelt, vierfach …), wechselt das Vorzeichen nicht.

    \[x = 1:\ \text{hebbare Lücke, } \lim_{x \to 1} f(x) = 2 \;\Rightarrow\; \text{Loch bei } \left(1 \,\middle|\, 2\right)\]
  4. Nullstellen

    Ein Bruch ist 0, wenn sein Zähler 0 ist (und der Nenner nicht). Setze den gekürzten Zähler $Z(x)$ gleich 0.

    \[Z(x) = 0 \quad\Leftrightarrow\quad x + 1 = 0\]
    \[x + 1 = 0 \quad\Rightarrow\quad x = -1\]
    \[x_0 = -1\]
    \[N_1\left(-1 \,\middle|\, 0\right)\]
  5. Verhalten im Unendlichen

    Nach dem Kürzen bleibt ein Polynom übrig. Der Graph von f ist der Graph von $y = x + 1$ – nur mit Löchern an den hebbaren Lücken. Asymptoten gibt es nicht.

    \[\lim_{x \to -\infty} f(x) = -\infty,\quad \lim_{x \to +\infty} f(x) = +\infty\]
  6. Symmetrie und y-Achsenabschnitt

    Setze −x ein: Kommt wieder f(x) heraus, ist der Graph achsensymmetrisch; kommt −f(x) heraus, punktsymmetrisch. Der Definitionsbereich muss dafür selbst symmetrisch sein.

    \[\text{keine Symmetrie zur y-Achse oder zum Ursprung}\]
    \[f(0) = 1 \;\Rightarrow\; S_y\left(0 \,\middle|\, 1\right)\]

Graph

−4−3−2−11234−6−4−22468xy0fN(−1 | 0)Lücke (1 | 2)

Blau: Graph von f, rot gestrichelt: senkrechte Asymptoten, grau gestrichelt: waagerechte bzw. schiefe Asymptote, offene Kreise: hebbare Lücken.

Extrem- und Wendepunkte, Monotonie und Krümmung berechnet der Kurvendiskussion-Rechner für dieselbe Funktion.

Was der Rechner untersucht

  1. Definitionsbereich: Die Nullstellen des Nenners sind die Definitionslücken.
  2. Kürzen: Zähler und Nenner werden faktorisiert. Ein gemeinsamer Faktor wird gekürzt.
  3. Art der Lücken: Hebbare Lücke (nur ein Loch im Graphen) oder Polstelle (senkrechte Asymptote), mit oder ohne Vorzeichenwechsel – samt einseitiger Grenzwerte.
  4. Nullstellen: Der gekürzte Zähler wird 0 gesetzt; Stellen außerhalb des Definitionsbereichs fallen weg.
  5. Verhalten im Unendlichen: waagerechte Asymptote, schiefe Asymptote oder Näherungskurve über die Polynomdivision.
  6. Symmetrie und y-Achsenabschnitt.

Die Regeln dahinter mit vielen Beispielen erklärt die Seite Gebrochenrationale Funktionen. Ableitungen, Extrem- und Wendepunkte bestimmt der Kurvendiskussion-Rechner, einzelne Grenzwerte erklärt Grenzwerte und Stetigkeit.

Kontrolle mit dem Graphen

An einer Polstelle mit Vorzeichenwechsel springt der Graph von $-\infty$ nach $+\infty$ (oder umgekehrt). Ohne Vorzeichenwechsel laufen beide Äste in dieselbe Richtung – wie bei $\frac{1}{x^2}$. Eine hebbare Lücke siehst Du im Graphen nur als kleinen offenen Kreis.

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