Zeigen Sie: Jedes Polynom dritten Grades hat
  1. mindestens eine reelle Nullstelle
  2. zusätzlich entweder
    1. zwei unterschiedliche reelle Nullstellen
    2. eine doppelte reelle Nullstelle
    3. zwei konjugiert komplexe Nullstellen.\EndeAufgabe
Lösung

  1. $$f(x)=a_3x^3+a_2x^2+a_1x^1+a_0x^0$$ Für das folgende gehen wir o.B.d.A. davon aus, dass $a_3>0$ (andernfalls müssen die Überlegungen entsprechend geändert werden). $$\lim_{x\rightarrow -\infty} f(x)=a_3x^3+a_2x^2+a_1x+a_0 =-\infty$$ $$\lim_{x\rightarrow +\infty} f(x)=a_3x^3+a_2x^2+a_1x+a_0 =+\infty$$ Nach dem Satz von Weierstraß muss diese Funktion eine Nullstelle $x_0$ haben.
  2. Wir formen um $f(x)=(x-x_0)g(x)$ mit $g(x)$ quadratische Funktion.
    $g(x)=b_2x^2+b_1x+b_0 = 0 $
    $x^2+ px + q = 0 $ mit $p=\frac{b_1}{b_2}$ und $q=\frac{b_0}{b_2}$
    Wir benutzen die p-q-Formel: $$x_{1,2}= -\frac{p }{2}\pm\sqrt{\underbrace{\left(\frac{p }{2}\right)^2-q}_{D}}$$
    1. $D>0$ zwei unterschiedliche reelle Nullstellen.
    2. $D=0$ eine doppelte reelle Nullstelle.
    3. $D<0$ zwei konjugiert komplexe Nullstellen.
<   $a_0$   >

In der Komponenten ist als Beispiel die Funktion $f(x) = x^3 + x^1 +q$ abgebildet. Diese Funktion läuft vom Funktionswert $-\infty$ bis $\infty$. Als stetige Funktion muss sie also die Achse schneiden und hat dort eine Nullstelle.
Für z.B. $q=-1$ hat die Funktion eine (reelle) Nullstelle.
Erhöhen Sie den Wert von $q$ mit dem Schieberegler, so dass die Gleichung
  1. drei reelle Nullstellen, und zwar eine doppelte und eine einfache,
  2. drei unterschiedliche relle Nullstellen
besitzt.