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Ableitungen und Differenzialrechnung: Summenregel, Faktorregel, und Beispiele

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Ableitungen und Differenzialrechnung: Summenregel, Faktorregel, und Beispiele

Die Differentialrechnung ist ein grundlegendes Konzept der Analysis, das die Änderungsrate von Funktionen untersucht. Sie ermöglicht die Berechnung von Steigungen, Extremwerten und Optimierungsproblemen in verschiedenen Anwendungsbereichen.

  • Der Differentialquotient ist der Grenzwert des Differenzenquotienten und repräsentiert die momentane Änderungsrate einer Funktion an einem bestimmten Punkt.
  • Ableitungsregeln wie die Summenregel Ableitung, Faktorregel Ableitung, Produktregel und Kettenregel erleichtern das Ableiten komplexer Funktionen.
  • Die Ableitung von Grundfunktionen wie Potenz-, Exponential-, Logarithmus- und trigonometrischen Funktionen folgt spezifischen Regeln.
  • Anwendungen der Differentialrechnung umfassen Optimierungsprobleme, Kurvendiskussionen und physikalische Berechnungen.

13.3.2021

4892

Differentialrechnung
Eine Funktion f sei auf dem Intervall I definiert. Die Ableitungsfunktion f'(x) der
Funktion f ordnet jedem x den wert

Erweiterte Ableitungsregeln und Grundfunktionen

Diese Seite erweitert das Verständnis der Differentialrechnung durch die Einführung fortgeschrittener Ableitungsregeln und die Ableitung von Grundfunktionen.

Zwei wichtige erweiterte Ableitungsregeln werden vorgestellt:

  1. Produktregel: Für f(x) = u(x) · v(x) gilt f'(x) = u'(x) · v(x) + u(x) · v'(x)
  2. Kettenregel: Für h(x) = f(g(x)) gilt h'(x) = f'(g(x)) · g'(x)

Example: Anwendung der Produktregel: Für f(x) = (x-1)(x+1) ist f'(x) = 1·(x+1) + 1·(x-1) = 2x

Example: Anwendung der Kettenregel: Für f(x) = (x+2)² ist f'(x) = 2(x+2) · 1 = 2x + 4

Die Seite behandelt auch die Ableitung wichtiger Grundfunktionen:

  • Logarithmusfunktion: f(x) = ln(x) → f'(x) = 1/x
  • Sinus und Kosinus:
    • f(x) = sin(x) → f'(x) = cos(x)
    • f(x) = cos(x) → f'(x) = -sin(x)
  • Exponentialfunktion: f(x) = eˣ → f'(x) = eˣ

Example: Ableitung einer trigonometrischen Funktion: Für f(x) = 2·sin(3x) ist f'(x) = 6·cos(3x)

Example: Ableitung einer Exponentialfunktion: Für f(x) = 3·e³ˣ⁺² ist f'(x) = 9·e³ˣ⁺²

Die Seite schließt mit komplexeren Beispielen ab, die die Anwendung mehrerer Regeln kombinieren:

Example: Für f(x) = 2x·eˣ ist f'(x) = (2-2x)·eˣ und f''(x) = (-4+2x)·eˣ

Diese erweiterten Regeln und Beispiele vertiefen das Verständnis der Differentialrechnung und bereiten auf anspruchsvollere Anwendungen vor.

Differentialrechnung
Eine Funktion f sei auf dem Intervall I definiert. Die Ableitungsfunktion f'(x) der
Funktion f ordnet jedem x den wert

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Grundlagen der Differentialrechnung

Die Differentialrechnung befasst sich mit der Analyse von Änderungsraten von Funktionen. Auf dieser Seite werden grundlegende Konzepte und Regeln der Differentialrechnung eingeführt.

Definition: Die Ableitungsfunktion f'(x) einer Funktion f ordnet jedem x den Wert des Differentialquotienten an der Stelle x zu.

Der Differenzenquotient und der Differentialquotient sind zentrale Begriffe:

Vocabulary: Der Differenzenquotient, auch als mittlere Änderungsrate bekannt, entspricht der Steigung der Sekante durch zwei Punkte einer Funktion.

Formula: Differenzenquotient = (f(b) - f(a)) / (b - a), mit a < b

Vocabulary: Der Differentialquotient, auch lokale Änderungsrate genannt, ist der Grenzwert des Differenzenquotienten an einer bestimmten Stelle.

Formula: Differentialquotient = lim(x→x₀) (f(x) - f(x₀)) / (x - x₀)

Die Seite führt auch wichtige Ableitungsregeln ein:

  1. Potenzregel: f(x) = xⁿ → f'(x) = n · xⁿ⁻¹
  2. Konstantenregel: f(x) = k → f'(x) = 0
  3. Summenregel Ableitung: f(x) = r(x) + s(x) → f'(x) = r'(x) + s'(x)
  4. Faktorregel Ableitung: f(x) = c · g(x) → f'(x) = c · g'(x)

Example: Für f(x) = x² ist f'(x) = 2x. Für f(x) = 3x² + 7x ist f'(x) = 6x + 7.

Diese Regeln bilden die Grundlage für komplexere Ableitungen und ermöglichen es, die Änderungsraten verschiedener Funktionstypen effizient zu berechnen.

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Erweiterte Ableitungsregeln und Grundfunktionen

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Zwei wichtige erweiterte Ableitungsregeln werden vorgestellt:

  1. Produktregel: Für f(x) = u(x) · v(x) gilt f'(x) = u'(x) · v(x) + u(x) · v'(x)
  2. Kettenregel: Für h(x) = f(g(x)) gilt h'(x) = f'(g(x)) · g'(x)

Example: Anwendung der Produktregel: Für f(x) = (x-1)(x+1) ist f'(x) = 1·(x+1) + 1·(x-1) = 2x

Example: Anwendung der Kettenregel: Für f(x) = (x+2)² ist f'(x) = 2(x+2) · 1 = 2x + 4

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  • Logarithmusfunktion: f(x) = ln(x) → f'(x) = 1/x
  • Sinus und Kosinus:
    • f(x) = sin(x) → f'(x) = cos(x)
    • f(x) = cos(x) → f'(x) = -sin(x)
  • Exponentialfunktion: f(x) = eˣ → f'(x) = eˣ

Example: Ableitung einer trigonometrischen Funktion: Für f(x) = 2·sin(3x) ist f'(x) = 6·cos(3x)

Example: Ableitung einer Exponentialfunktion: Für f(x) = 3·e³ˣ⁺² ist f'(x) = 9·e³ˣ⁺²

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Vocabulary: Der Differenzenquotient, auch als mittlere Änderungsrate bekannt, entspricht der Steigung der Sekante durch zwei Punkte einer Funktion.

Formula: Differenzenquotient = (f(b) - f(a)) / (b - a), mit a < b

Vocabulary: Der Differentialquotient, auch lokale Änderungsrate genannt, ist der Grenzwert des Differenzenquotienten an einer bestimmten Stelle.

Formula: Differentialquotient = lim(x→x₀) (f(x) - f(x₀)) / (x - x₀)

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  1. Potenzregel: f(x) = xⁿ → f'(x) = n · xⁿ⁻¹
  2. Konstantenregel: f(x) = k → f'(x) = 0
  3. Summenregel Ableitung: f(x) = r(x) + s(x) → f'(x) = r'(x) + s'(x)
  4. Faktorregel Ableitung: f(x) = c · g(x) → f'(x) = c · g'(x)

Example: Für f(x) = x² ist f'(x) = 2x. Für f(x) = 3x² + 7x ist f'(x) = 6x + 7.

Diese Regeln bilden die Grundlage für komplexere Ableitungen und ermöglichen es, die Änderungsraten verschiedener Funktionstypen effizient zu berechnen.

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