Zuerst muss natürlich mal der Wendepunkt berechnet werden:

$\text{f(x)}=$ $x^3-9x^2+26x-20$

Als erstes leitet man die Funktion drei mal ab.

$\text{f'(x)}=$ $3x^2-18x+26+0$

= $3x^2-18x+26$

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

= $6x-18$

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

= $6$

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($3$) = $3^3-9\cdot 3^2+26\cdot 3-20$ = $4$
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:

$m_t\mathrm{=\; f\text{'}(3)}=$ $3\cdot 3^2-18\cdot 3+26$

= $3\cdot 9-54+26$

= $27-54+26$

= $-1$

Damit wissen wir nun schon, dass die Tangente die Gleichung t: y= $-1$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 $\text{f(3)}=$ $3^3-9\cdot 3^2+26\cdot 3-20$ = $27-9\cdot 9+78-20$ = $27-81+78-20$ = $4$

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:

$4$ = $-1$⋅3 + c

$4$ = $-3$ + c | + $3$

$7$ = c

also c= $7$

Damit erhält man als Geradengleichung für die Tangente: y= $-1$⋅x + $7$

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 = 7.

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

$-x+7$	=	0	| $-7$
$-x$	=	$-7$	|:($-1$)
$x$	=	$7$

Die Wendetangente schneidet somit die x-Achse in N( $7$|0).

Da die gesuchte Fläche ja ein rechtwinkliges Dreieck mit den Katheten 7 und $7$ ist, gilt für den Flächeninhalt:

A = $\frac{1}{2}$ $7$ ⋅ 7 = $\frac{49}{2}$.

1. x-Wert bei y = $\frac{23}{5}$

   Wir suchen hierfür die x-Stellen, an denen der Funktionsterm den Wert $\frac{23}{5}$ einnimmt:

   $\frac{2}{5}{x}^2-4x+13$	=	$\frac{23}{5}$	|⋅ 5
   $5\left(\frac{2}{5}{x}^2-4x+13\right)$	=	$23$
   $2x^2-20x+65$	=	$23$	| $-23$

   $2x^2-20x+42$ = 0 |:2

   $x^2-10x+21$ = 0

   eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

   x_1,2 = $\frac{+10\pm \sqrt{{\left(-10\right)}^2-4·1·21}}{2\cdot 1}$

   x_1,2 = $\frac{+10\pm \sqrt{100-84}}{2}$

   x_1,2 = $\frac{+10\pm \sqrt{16}}{2}$

   x₁ = $\frac{10+\sqrt{16}}{2}$ = $\frac{\mathrm{<math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mrow><mn>10</mn></mrow>\; </math>\; <mo>+</mo><math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mrow><mn>4</mn></mrow></math>}}{\mathrm{<math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">\; <mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>\; </mrow>\; </math>}}$ = $\frac{14}{2}$ = $7$

   x₂ = $\frac{10-\sqrt{16}}{2}$ = $\frac{\mathrm{<math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mrow><mn>10</mn></mrow>\; </math>\; <mo>-</mo><math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mrow><mn>4</mn></mrow></math>}}{\mathrm{<math\; xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">\; <mrow><mrow><mn>2</mn></mrow>\; </mrow>\; </math>}}$ = $\frac{6}{2}$ = $3$

   .

   Der erste Wert mit y = $\frac{23}{5}$ m ist also bei x = 3 m.

2. x-Wert des Minimums (TP)

   Gesucht ist die Stelle mit dem geringsten Funktionswert, also der x-Wert des Tiefpunkts.

   Detail-Rechnung für den Tiefpunkt ($5$| $3$) einblenden

   $\text{f(x)}=$ $\frac{2}{5}{x}^2-4x+13$

   Als erstes leitet man die Funktion zwei mal ab.

   =>$\text{f'(x)}=$ $\frac{4}{5}x-4+0$

   = $\frac{4}{5}x-4$

   $\text{f''(x)}=$ $\frac{4}{5}+0$

   = $\frac{4}{5}$

   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.

   $\frac{4}{5}x-4$	=	0	|⋅ 5
   $5\left(\frac{4}{5}x-4\right)$	=	0
   $4x-20$	=	0	| $+20$
   $4x$	=	$20$	|:$4$
   $x$	=	$5$

   Die Lösung x= $5$ 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''($5$) = $\frac{4}{5}$= $\frac{4}{5}$= $\frac{4}{5}$ >0

   Das heißt bei x = $5$ ist ein Tiefpunkt.
   Um dessen y-Wert zu erhalten muss der entsprechende x-Wert in f(x) eingesetzt werden.
   f($5$) = $\frac{2}{5}\cdot 5^2-4\cdot 5+13$ = $3$
   Man erhält so den Tiefpunkt T:($5$| $3$)

   Der einzige Tiefpunkt im gegebenen Bereich liegt also bei $5$.

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

   f(0) = 13 und f(10) = 13 sind aber beide nicht kleiner als der y-Wert des Tiefpunkt.

   Der kleinste Wert wird also nach $5$ m erreicht.

3. y-Wert des Minimums (TP)

   Gesucht ist der geringste Funktionswert, also der y-Wert des Tiefpunkts.

   (die Berechnungen der Extrempunkte und die Randwertuntersuchungen wurde ja bereits oben durchgeführt)

   Der einzige Tiefpunkt im gegebenen Bereich liegt also bei ($5$| $3$).

   Der kleinste Wert beträgt somit $3$ m.