Differenzierbarkeit und Ableitungen
Die Differenzierbarkeit ist ein fundamentales Konzept in der Analysis, das die lokale Veränderung einer Funktion beschreibt. Eine Funktion f ist an der Stelle x₀ differenzierbar, wenn der Grenzwert des Differenzenquotienten existiert:
f'(x₀) = lim (f(x) - f(x₀)) / (x - x₀)
x→x₀
Dieser Grenzwert wird als Ableitung bezeichnet und gibt die Steigung der Tangente am Punkt (x₀, f(x₀)) an.
Definition: Eine Funktion heißt differenzierbar an einer Stelle x₀, wenn der Grenzwert des Differenzenquotienten existiert und endlich ist.
Die Ableitungsfunktion f'(x) ordnet jeder Stelle x die Ableitung zu. Für die Funktion f(x) = x² ergibt sich beispielsweise f'(x) = 2x.
Beispiel: Für f(x) = x² gilt f'(2) = 4 und f'(4) = 8.
Wichtige Ableitungsregeln umfassen:
- Faktorregel: (c · f(x))' = c · f'(x)
- Summenregel: (f(x) + g(x))' = f'(x) + g'(x)
- Produktregel: (f(x) · g(x))' = f'(x) · g(x) + f(x) · g'(x)
- Quotientenregel: (f(x) / g(x))' = (f'(x) · g(x) - f(x) · g'(x)) / (g(x))²
Highlight: Die Potenzregel besagt, dass für f(x) = xⁿ (n ∈ ℤ) die Ableitung f'(x) = n · xⁿ⁻¹ ist.
Die Stammfunktion F(x) ist die Umkehrung der Ableitung und erfüllt F'(x) = f(x). Sie ist bis auf eine additive Konstante eindeutig bestimmt.
Vocabulary: Die Stammfunktion wird auch als unbestimmtes Integral bezeichnet.