Zuerst muss natürlich mal der Wendepunkt berechnet werden:

$\text{f(x)}=$ $x^3-9x^2+25x-17$

Als erstes leitet man die Funktion drei mal ab.

$\text{f'(x)}=$ $3x^2-18x+25+0$

= $3x^2-18x+25$

$\text{f''(x)}=$ $6x-18+0$

= $6x-18$

$\text{f'''(x)}=$ $6+0$

= $6$

Die notwendige Bedingung für einen Wendepunkt ist f''(x)=0.

(Wendestellen sind Extremstellen in der Ableitung, also haben Wendepunkten die Steigung 0 in f').

Man setzt nun also die zweite Ableitung gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Wendepunkte zu bestimmen.

$6x-18$	=	0	| $+18$
$6x$	=	$18$	|:$6$
$x$	=	$3$

Die Lösung x= $3$ ist nun der einzige Kandidat für eine Wendestelle.

Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in die dritte Ableitung.

Ist die dritte Ableitung des Punktes ungleich 0, so handelt es sich um einen Wendepunkt (hinreichende Bedingung: f''(x₀)=0 und f'''(x₀)≠0).

Überprüfung bei x = $3$:

f'''($3$) = $6+0$= $6$

Da f'''($3$)≠0, haben wir bei x = $3$ einen Wendepunkt.
Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzen werden.
f($3$) = $3^3-9\cdot 3^2+25\cdot 3-17$ = $4$
Man erhält so den Wendepunkt: WP($3$| $4$)

Jetzt müssen wir die Tangente im Wendepunkt anlegen:

Um die Steigung der Tangente zu erhalten, setzen wir den gegebenen x-Wert in die Ableitung ein:

$m_t\mathrm{=\; f\text{'}(3)}=$ $3\cdot 3^2-18\cdot 3+25$

= $3\cdot 9-54+25$

= $27-54+25$

= $-2$

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= $-2$x+c besitzt.

Um noch das c zu bestimmen, brauchen wir einen Punkt, den wir in die Gleichung einsetzen können.
Dazu müssen wir noch den y-Wert des Berührpunkts bestimmen, also $\text{f(3)}=$ $3^3-9\cdot 3^2+25\cdot 3-17$ = $27-9\cdot 9+75-17$ = $27-81+75-17$ = $4$

Wir erhalten so also den Punkt B(3| $4$) als Berührpunkt.

Nun setzt man die errechnete Ableitung und die errechneten Punktkoordinaten in eine allgemeine Geradengleichung (y=mx+c) ein:

$4$ = $-2$⋅3 + c

$4$ = $-6$ + c | + $6$

$10$ = c

also c= $10$

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= $-2$⋅x + $10$

Jetzt brauchen wir noch die Schnittpunkte der Wendetangente mit der x- und der y-Achse:

Der Schnittpunkt mit der y-Achse kennen wir bereits, das ist ja der y-Achsenabschnitt c = 10.

Der Schnittpunkt mit der x-Achse können wir berechnen, in dem wir in die Tangentengleichung y = 0 einsetzen:

$-2x+10$	=	0	| $-10$
$-2x$	=	$-10$	|:($-2$)
$x$	=	$5$

Die Wendetangente schneidet somit die x-Achse in N( $5$|0).

Da die gesuchte Fläche ja ein rechtwinkliges Dreieck mit den Katheten 10 und $5$ ist, gilt für den Flächeninhalt:

A = $\frac{1}{2}$ $5$ ⋅ 10 = $25$.

1. y-Wert bei x = 3

   Hier müssen wir einfach die 3 in den Funktionsterm einsetzen:

   f(3) = $-\frac{1}{2}\cdot 3^3+\frac{5}{2}\cdot 3^2$ = $-\frac{27}{2}+\frac{45}{2}$ = $9$ .

   Nach 3 s beträgt also der Wert 9 m/s.

2. x-Wert des Maximums (HP)

   Gesucht ist die Stelle mit dem höchsten Funktionswert, also der x-Wert des Hochpunkts.

   Detail-Rechnung für den Hochpunkt ($\frac{10}{3}$| $\frac{250}{27}$) einblenden

   $\text{f(x)}=$ $-\frac{1}{2}{x}^3+\frac{5}{2}{x}^2$

   Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

   =>$\text{f'(x)}=$ $-\frac{3}{2}{x}^2+5x$

   $\text{f''(x)}=$ $-3x+5$

   Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f'(x)=0.

   (Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

   Man setzt nun also f'(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f zu bestimmen.

   $-\frac{3}{2}{x}^2+5x$	=	0	|⋅ 2
   $2\left(-\frac{3}{2}{x}^2+5x\right)$	=	0
   $-3x^2+10x$	=	0
   $x\left(-3x+10\right)$	=	0

   Ein Produkt ist genau dann =0, wenn mindestens einer der beiden Faktoren =0 ist.

   1. Fall:

   x1

   =

   0

   
   

   2. Fall:

   $-3x+10$	=	0	| $-10$
   $-3x$	=	$-10$	|:($-3$)
   x2	=	$\frac{10}{3}$

   Die Lösungen 0, $\frac{10}{3}$ sind nun die einzigen Kandidaten für Extremstellen.

   Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f''(x):

   Ist f''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x₀)=0 und f''(x₀)<0).
   Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f'(x₀)=0 und f'(x₀)>0).

   
   

   1.: x=$0$

   f''($0$) = $-3\cdot 0+5$= $0+5$= $5$ >0

   Das heißt bei x = $0$ ist ein Tiefpunkt.
   Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
   f($0$) = $-\frac{1}{2}\cdot 0^3+\frac{5}{2}\cdot 0^2$ = 0
   Man erhält so den Tiefpunkt T:($0$|0)

   
   

   2.: x=$\frac{10}{3}$

   f''($\frac{10}{3}$) = $-3\cdot \left(\frac{10}{3}\right)+5$= $-10+5$= $-5$ <0

   Das heißt bei x = $\frac{10}{3}$ ist ein Hochpunkt.
   Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
   f($\frac{10}{3}$) = $-\frac{1}{2}\cdot {\left(\frac{10}{3}\right)}^3+\frac{5}{2}\cdot {\left(\frac{10}{3}\right)}^2$ = $\frac{250}{27}$ ≈ 9.259
   Man erhält so den Hochpunkt H:($\frac{10}{3}$| $\frac{250}{27}$)

   ≈ H:(3.333|9.259)

   Der einzige Hochpunkt im gegebenen Bereich liegt also bei $\frac{10}{3}$.

   Der Vollständigkeit wegen müssen wir noch die Randwerte untersuchen, an denen ja ein noch größerer Funktionswert auftreten könnte:

   f(0) = 0 und f(5) = 0 sind aber beide nicht größer als der y-Wert des Hochpunkt.

   Der größte Wert wird also nach $\frac{10}{3}$ s ≈ 3.33 s erreicht.

3. x-Wert beim stärksten Zuwachs

   Gesucht ist die Stelle mit der stärksten Zunahme, also der x-Wert mit der stärksten positiven Steigung, und dieser liegt beim x-Wert des Hochpunkt der ersten Ableitung f'(x).

   Wir leiten also erstmal ab:

   Detail-Rechnung für den Hochpunkt von f' bei x=$\frac{5}{3}$ einblenden

   $\text{f'(x)}=$ $-\frac{3}{2}{x}^2+5x$

   Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

   =>$\text{f''(x)}=$ $-3x+5$

   $\text{f'''(x)}=$ $-3+0$

   = $-3$

   Die notwendige Bedingung für einen Extrempunkt ist f''(x)=0.

   (Alle Extrempunkte haben die Steigung 0).

   Man setzt nun also f''(x) gleich 0, um die einzig möglichen x-Werte für Extrempunkte von f' zu bestimmen.

   $-3x+5$	=	0	| $-5$
   $-3x$	=	$-5$	|:($-3$)
   $x$	=	$\frac{5}{3}$

   Die Lösung x= $\frac{5}{3}$ ist nun der einzige Kandidat für eine Extremstelle.

   Die einfachste Möglichkeit, um diese Kandidaten zu überprüfen, ist das Einsetzen dieser x-Werte in f'''(x):

   Ist f'''(x) < 0, so handelt es sich um einen Hochpunkt (hinreichende Bedingung: f''(x₀)=0 und f'''(x₀)<0).
   Ist sie größer 0 handelt es sich um einen Tiefpunkt (hinreichende Bedingung: f''(x₀)=0 und f''(x₀)>0).

   f'''($\frac{5}{3}$) = $-3$= $-3$= $-3$ <0

   Das heißt bei x = $\frac{5}{3}$ ist ein Hochpunkt.
   

   Der einzige Hochpunkt im gegebenen Bereich liegt also bei $\frac{5}{3}$.

   Der Vollständigkeit wegen müssen wir noch die Randwerte untersuchen, an denen ja ein noch größerer Funktionswert in der Ableitung auftreten könnte:

   Es gilt: f'(0) = 0, f'(5) = -12.5 und f'($\frac{5}{3}$) = 4.17 (Hochpunkt).

   Da f'(0) und f'(5) nicht größer als f'($\frac{5}{3}$) ist, ist der größte Ableitungswert bei x = 1.67.

   Die stärkste Zunahme wird also nach $\frac{5}{3}$ s ≈ 1.67 s erreicht.