Mehrfache Nullstellen und ihr Aussehen

Es kann vorkommen, dass beim Berechnen der Nullstellen eine Nullstelle mehrfach vorkommt. Beispielsweise könnte eine bereits geratene Nullstelle nach der Polynomdivision in der Rechnung erneut vorkommen:[br][br][u]Beispiel 1[/u]: [math]f\left(x\right)=2x^3-10x^2+14x-6[/math] durch Raten finden wir die Nullstelle [math]x_1=1[/math][br] Polynomdivision ergibt: [math]\left(2x^3-10x^2+14x-6\right):\left(x-1\right)=2x^2-8x+6[/math][br] Berechnung der weiteren Nullstellen. [math]2x^2-8x+6=0[/math] MNF: [math]x_2=1[/math], [math]x_3=3[/math][br][br]Hier kommt also die 1 ein zweites Mal als Nullstelle vor. Man spricht von [b]zweifacher Nullstelle[/b]. In der Linearfaktorzerlegung muss der entsprechende Linearfaktor auch zweimal aufgeführt werden:[br][br] [math]f\left(x\right)=2\left(x-1\right)\left(x-1\right)\left(x-3\right)=2\left(x-1\right)^2\left(x-3\right)[/math][br][br]In der Linearfaktorzerlegung erkennt man also eine zweifache Nullstelle am Exponenten des entsprechenden Linearfaktors.[br][br][u]Beispiel 2[/u]: Wir betrachten die folgende Funktion in Linearfaktorzerlegung:[br][br] [math]f\left(x\right)=3\left(x+2\right)\left(x+1\right)^3\left(x-4\right)^2[/math][br][br]Wir sehen, dass x[sub]1 [/sub]= -2 eine einfache, x[sub]2[/sub] = -1 eine dreifache und x[sub]3[/sub] = 4 eine zweifache Nullstelle von f ist.[br][br][u]Beispiel 3[/u]: Wir betrachten die folgende Funktion in Linearfaktorzerlegung:[br][br] [math]f\left(x\right)=x^2\left(x+5\right)\left(x-2\right)[/math][br][br]Wir sehen, dass x[sub]1 [/sub]= 0 eine zweifache Nullstelle ist (beachten Sie: x[sup]2[/sup] lässt sich umschreiben in (x-0)[sup]2[/sup]! ). x[sub]2[/sub] = -5 und x[sub]3[/sub] = 2 sind einfache Nullstellen von f.
Woran erkennt man beim Rechnen die Vielfachheit einer Nullstelle?
Beim Rechnen ergibt sich automatisch, ob die berechneten Nullstellen einfache oder mehrfache Nullstellen sind. Es gilt:[br][br][list][*]Ist einem beim Rechnen nichts besonderes aufgefallen, so liegt eine [b]einfache Nullstelle[/b] vor.[/*][/list][br][list][*][b]Taucht[/b] eine Nullstelle beim Rechnen wie in Beispiel 1 [b]mehrfach auf[/b], so liegt eine entsprechend [b]mehrfache Nullstelle[/b] vor.[/*][/list][br][list][*]Lässt sich ein [b]x, x[sup]2[/sup], x[sup]3[/sup] usw. ausklammern[/b], so ist [b]x = 0 eine einfache, zweifache, dreifache usw. Nullstelle[/b]. In der Linearfaktorzerlegung steht entsprechend ein Faktor x, x[sup]2[/sup], x[sup]3[/sup] usw. (vgl. Beispiel 3)[/*][/list][br][list][*]Kommt bei der [b]Mitternachtsformel beide Mal derselbe Wert[/b] heraus, so ist der entsprechende Wert eine [b]zweifache Nullstelle.[/b][/*][/list][br][u]Beispiel 4[/u]: [math]f\left(x\right)=2x^3-8x^2+8[/math] [br] Berechnung der Nullstellen: [math]2x^3-8x^2+8x=0[/math][br] [math]x\left(2x^2-8x+8\right)=0[/math][br] [math]x=0[/math] oder [math]2x^2-8x+8=0[/math][br] [math]x_1=0[/math] MNF: [math]x_2=2[/math], [math]x_3=2[/math][br] Man sieht das x[sub]1[/sub] = 0 eine einfache und x[sub]2[/sub] = 2 eine zweifache Nullstelle ist. Die[br] Linearfaktorzerlegung sieht so aus: [math]f\left(x\right)=2x\left(x-2\right)^2[/math]
Das Aussehen von mehrfachen Nullstellen
Man kann am Graphen einer Funktion eine mehrfache Nullstelle erkennen, weil sie nämlich verschieden aussehen. Allgemein gilt:[br][br][list][*]Eine [b]einfache Nullstelle[/b] sieht aus wie [b]y = x[/b], d.h. der Graph schneidet die x-Achse.[br][/*][*]Eine [b]zweifache Nullstelle[/b] sieht aus wie [b]y = x[sup]2[/sup][/b], d.h. der Graph berührt die x-Achse.[/*][*]Eine [b]dreifache Nullstelle[/b] sieht aus wie [b]y = x[sup]3[/sup][/b], d.h. der Graph schneidet die x-Achse.[/*][*]usw.[/*][/list][br]Die folgende Abbildung zeigt noch einmal diesen Zusammenhang.
Zusammenfassendes Beispiel
Betrachten wir abschließend die Funktion f(x) in Linearfaktorzerlegung:[br][br] [math]f\left(x\right)=2\left(x+2\right)\left(x+1\right)^3\left(x-1\right)^2[/math][br][br]Sie hat eine einfache Nullstelle x[sub]1[/sub] = -2, eine dreifache Nullstelle x[sub]2[/sub] = -1 und eine doppelte Nullstelle x[sub]3[/sub] = 1. Die folgende Abbildung zeigt den Graphen von f.

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