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Wie viele Wendepunkte kann eine Funktion haben?

Kann man einer Funktion eigentlich ansehen, wie viele Wendepunkte sie haben wird? Bei Polynomen gibt es Regeln für die maximale Anzahl, andere Funktionen müssen Sie untersuchen.

Am Wendepunkt?
Am Wendepunkt?

Anzahl der Wendepunkte bei Polynomfunktionen

  • Die bekanntesten Funktionen sind ganzrationale Funktionen bzw. Polynomfunktionen, die sich aus Potenzfunktionen zusammensetzen. Die höchste Potenz gibt den Grad des Polynoms an. Ein Beispiel für solch eine Funktion ist dieses Polynom 3. Grades: f(x) = 2x³ - 5x² + 7.
  • Für die Berechnung von Wendepunkten ist die zweite Ableitung f''(x) einer Funktion zuständig. Die Nullstellen dieser zweiten Ableitung sind mögliche x-Werte des Wendepunktes (falls es sich in Ausnahmefällen nicht um Sattelpunkte handelt).
  • Wollen Sie also herausfinden, wie viele Wendepunkte ein Polynom hat, müssen Sie das Polynom zweimal ableiten und diese Funktion auf Nullstellen untersuchen. Hat das Polynom den Grad n, dann hat die zweite Ableitung den Grad n-2. Der Grad bestimmt die maximale Anzahl der Nullstellen, in diesem Fall also n-2. So kann ein Polynom n-ten Grades also maximal n-2 Wendepunkte haben (jedoch auch weniger!).
  • Im obigen Beispiel hat die zweite Ableitung den Grad 1, ist also eine lineare Funktion. Diese hat eine Nullstelle. Ein Polynom 3. Grades hat also einen Wendepunkt (Sonderfall: f(x) = x³; dort haben Sie bei x = 0 einen Sattelpunkt).

Wie viele Wendepunkte haben andere Funktionen?

  • Leider kann man für alle anderen möglichen Funktionen keine solch einfache, allgemeine Regel aufstellen, wie dies für ganzrationale Funktionen der Fall war. Aber es gibt Hinweise.
  • Winkelfunktionen wie f(x) = sin x (und deren Erweiterungen) sind periodisch. Hier können Sie (beschränkt man sich nicht auf einen endlichen Definitionsbereich) unendlich viele Wendepunkte berechnen, da sich der Funktionsverlauf ständig wiederholt.
  • Die Exponentialfunktion f(x) = ex sowie deren Umkehrfunktion, der natürliche Logarithmus f(x) = ln x, haben keine Wendepunkte, da beide Funktionen ständig anwachsen.
  • Auch die Wurzelfunktion f(x) = Wurzel (x) hat als Umkehrfunktion der Parabel keinen Wendepunkt.
  • Sog. gebrochen rationale Funktionen der Form f(x) = g(x)/h(x), wobei g(x) und h(x) Polynome sind, müssen Sie mit der zweiten Ableitung auf Wendepunkte untersuchen. Allgemeine Regeln, wie viele Wendepunkte hier vorliegen, gibt es nicht.
  • Seien Sie auch vorsichtig bei zusammengesetzten Funktionen wie zum Beispiel f(x) = -x² * ex oder f(x) = ln x/(x-1). Auch diese müssen mithilfe der zweiten Ableitung untersucht werden.
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