Ableitungen

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Kurze Rekapitulation der Ableitungen.

Wichtig ist vielleicht noch zu erwähnen, dass immer die Variable, die in den Klammern der Funktion steht abgeleitet wird (also bei f(x) x).

Ableitungsregeln

Konstanten

Konstanten - also einfache Zahlen, hinter denen keine Variable steht - fallen beim Ableiten immer weg.

Auch wenn sie unschön aussehen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) = \sqrt{2}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)= 0}

Potenzregel

Die wohl am häufigsten verwendete Ableitungsregel:

Der Exponent einer Variable oder einer Klammer wird beim Ableiten als Ganzes (original) als Faktor (Multiplikation) vor die Variable/die Klammer gezogen und anschließend an seiner Exponentenstelle um 1 verringert.

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) = x^n}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x) = n*x^{n-1}}

Beispiele:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) = x^{1000}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=1000*x^{999}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle g(x)=x^{-7}}

Faktorregel

Die Faktorregel besagt, dass Faktoren (Multiplikationen direkt vor einer Variable/einer Klammer) beim Ableiten in Ruhe gelassen werden. Sie werden im Anschluss an die Ableitung bestenfalls mit dem neu hinzugekommenen Faktor (siehe oben) multipliziert:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=3x^5}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=3*5*x^4 = 15x^4}

Beispiele:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(t)= \sqrt{2}*t^4}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(t)= \sqrt{2}*4*t^3}

Um für Klarheit zu sorgen empfiehlt es sich, Brüche vor dem Ableiten umzuformen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=\frac{x^3}{5}=\frac{1}{5}x^3}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=\frac{1}{5}*3x^2}

Summenregel

Durch Plus oder Minus verbundene Einzelteile einer Funktion können einzeln abgeleitet werden, ohne auf die anderen Teile Rücksicht nehmen zu müssen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=x^2-5x^3+7}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=2x-5*3*x^2 = 2x-15x^2}

Produktregel

Kommen wir zu was weniger Schönem: Der Produktregel.

Sie besagt, dass wenn wir 2 durch ein Malzeichen getrennte Bestandteile einer Funktion haben (hier mal u und v genannt) Folgendes gilt:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=u*v}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=u'*v+u*v'}

In der Praxis sähe das dann also in etwa so aus:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=x^3*x^5} -> Ja, das kann man auch als x^8 zusammenfassen, aber es geht hier um eine möglichst einfache Demonstration.

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x) = 3x^2*x^5+x^3*5x^4}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = 3x^7 + 5x^7 = 8x^7}

Kettenregel

Kommen wir zur beliebtesten aller Ableitungsregeln (wer Spuren von Ironie findet darf sie behalten!): Der Kettenregel.

Die Kettenregel wird immer dann gebraucht, wenn es an die Ableitung von ineinander verschachtelten Funktionen geht:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) = (x^4+5)^7}

Hierbei ist die innere Funktion (hier x^4+5) unser u und die äußere Funktion (u^7) unser v.

Die Kettenregel besagt jetzt:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x) = u' * v'}

Also bitte:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=4x^3*7*(x^4+5)^6}

Quotientenregel

Okay, jetzt wird's richtig lustig (nicht): Die Quotientenregel kommt bei der Ableitung von Brüchen zum Einsatz. Wie die Produktregel unterteilt auch sie die Funktion in u (Zähler und v (Nenner). Dabei gilt:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=\frac{u}{v}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=\frac{u'*v-u*v'}{v^2}}

Man sieht also: Im Zähler steht die Produktregel aber dieses mal mit Minus und im Nenner wird der ursprüngliche Nenner quadriert (much worse garbage!).

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)= \frac{2x+3}{x^5}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=\frac{2*x^5-(2x+3)*5x^4}{(x^5)^2}}

Das ist die Ableitung. Mit etwas Glück muss man sie nicht weiter vereinfachen:).

Spezialfälle

Wurzeln ableiten

Beim Ableiten von Wurzeln gilt: Zuallererst mal die Wurzeln durch reguläre Exponenten ersetzen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) = \sqrt{x} = x^{\frac{1}{2}}}

Jetzt kann man das Ganze auf altbewährte Art und Weise ableiten:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x) = \frac{1}{2}* x^{- \frac{1}{2}}}

Wenn wir jetzt noch extra gründlich sein wollen können wir das noch umformen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = \frac{1}{2}* \frac{1}{x^{ \frac{1}{2}}}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = \frac{1}{2}* \frac{1}{\sqrt{x}}}

e-Funktionen ableiten

Die e-Funktion ist besonders, denn an sich wird sie nie abgeleitet, innerhalb des Exponenten kann sich jedoch die Kettenregel verbergen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=4*e^x}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=4*e^x}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle g(x)=e^{3x}}

Achtung Kettenregel!

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle g'(x) = 3* e^{3x}}

Gleiches gilt übrigens auch in Summen:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle h(x)=5*e^{2x}+e^{-x}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle h'(x)=5*2*e^{2x}+e^{-x}*(-1)}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = 10 * e^{2x}-e^{-x}}

Wie wär's mit einer Kombination von zwei Spezialfällen?

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle i(x) = e^{\sqrt{x}}}

Funktioniert aber genau so wir immer: e-Funktion bleibt wie sie ist, die Wurzel wird ersetzt, ausgerechnet und anschließend wieder umgeformt:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle i'(x) = e^{\sqrt{x}}*\frac{1}{2*\sqrt{x}}}

Logarithmen ableiten

Auch bei den Logarithmen kommen wir um die Kettenregel nicht herum, da innerhalb eines Logarithmus sehr häufig noch eigene Funktionen stehen.

Grundsätzlich gilt:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) = \ln(x)}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=\frac{1}{x}}

Beispielaufgaben

Erste Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)= \sqrt{x^5}} -> umschreiben

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = x^ {\frac{5}{2}}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=\frac{5}{2}*x^{\frac{3}{2}}} -> wieder umformen

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle =\frac{5}{2}* \sqrt{x^3}}

Zweite Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)= 8*\sqrt{x^2+1}}

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = 8 * (x^2+1)^{\frac{1}{2}}} -> Wichtig: Alles in der Wurzel hoch 1/2 nehmen.

Jetzt kommt die Kettenregel:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f'(x)=8*2x*\frac{1}{2}*(x^2+1)^{-\frac{1}{2}}}

Das ist die Ableitung. Wenn man noch vereinfachen möchte:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle = \frac{8x}{\sqrt{x^2+1}}}

Dritte Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=\sqrt[3]{x^2-x-1}}

Vierte Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)= e^{2x^3+5x^2+7}}

Fünfte Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=(3x^2-4)*e^{2x}}

Sechste Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=e^3*e^x+\frac{1}{e^x}}

Siebte Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x)=(\frac{3}{4}*x^2-3)* e^{1,4-x^2}}

Achte Aufgabe:

Fehler beim Parsen (SVG (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle f(x) =\ln(\frac{2x-3}{x^2+1})}

Nachschlagewerke

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