Kubische Funktion D97Bc1
1. Das Problem lautet: Finde die kubische Funktion $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx + d$, die durch den Ursprung geht, bei $x=4$ ein Minimum hat mit Funktionswert $-80/3$ und bei $x=-2$ ein Maximum besitzt.
2. Da die Funktion durch den Ursprung geht, gilt $f(0) = d = 0$. Somit ist $f(x) = ax^3 + bx^2 + cx$.
3. Für Extremstellen gilt: $f'(x) = 0$. Die Ableitung ist $f'(x) = 3ax^2 + 2bx + c$.
4. Die Extremstellen sind bei $x=4$ und $x=-2$, also:
$$3a(4)^2 + 2b(4) + c = 0$$
$$3a(-2)^2 + 2b(-2) + c = 0$$
Das ergibt:
$$48a + 8b + c = 0$$
$$12a - 4b + c = 0$$
5. Subtrahiere die zweite Gleichung von der ersten:
$$(48a + 8b + c) - (12a - 4b + c) = 0$$
$$36a + 12b = 0$$
$$3a + b = 0 \\ b = -3a$$
6. Setze $b = -3a$ in die erste Gleichung ein:
$$48a + 8(-3a) + c = 0$$
$$48a - 24a + c = 0$$
$$24a + c = 0 \\ c = -24a$$
7. Die Funktion lautet nun:
$$f(x) = a x^3 - 3a x^2 - 24a x$$
8. Nutze den Punkt $P(4, -80/3)$:
$$f(4) = a(64) - 3a(16) - 24a(4) = -\frac{80}{3}$$
$$64a - 48a - 96a = -\frac{80}{3}$$
$$-80a = -\frac{80}{3}$$
9. Löse nach $a$ auf:
$$a = \frac{-\frac{80}{3}}{-80} = \frac{1}{3}$$
10. Setze $a = \frac{1}{3}$ in $b$ und $c$ ein:
$$b = -3 \times \frac{1}{3} = -1$$
$$c = -24 \times \frac{1}{3} = -8$$
11. Die gesuchte Funktion ist:
$$f(x) = \frac{1}{3}x^3 - x^2 - 8x$$
12. Zusammenfassung: Die kubische Funktion, die durch den Ursprung geht, bei $x=4$ ein Minimum mit Wert $-80/3$ hat und bei $x=-2$ ein Maximum besitzt, lautet
$$f(x) = \frac{1}{3}x^3 - x^2 - 8x$$.