Gemischte Aufgaben zur Ableitung
Hier findest du unterschiedliche Aufgaben, um das Ableiten von Funktionen zu üben und welche Methoden zum Ableiten sich am besten eignen.
- 1
Vereinfache folgende Funktionen so weit wie möglich und leite sie ab.
f(x)=4x⋅x
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Wurzelgesetze
Geschicktes Umformen kann dir hier das Ableiten erleichtern.
f(x)=4x⋅x
Schreibe 4 als 22.
f(x)=22⋅x⋅x
Ziehe 22 als 2 aus der Wurzel.
f(x)=2⋅x⋅x
f(x)=2⋅x
Fasse x⋅x mit Hilfe der Wurzelgesetze zur Multiplikation von Wurzeln zusammen.
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f′(x)=2
Die gesuchte Ableitung ist also f′(x)=2.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Nutze die Wurzelgesetze zur Multiplikation von Wurzeln.
g(t)=4t+5t−3t−2t
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung berechnen
Geschicktes Umformen kann dir hier das Ableiten erleichtern.
Nutze hierfür die Wurzelgesetze zur Addition von Wurzeln und fasse die Terme zusammen.
g(t)=4t+5t−3t−2t
g(t)=(4+5−3−2)t
g(t)=4t
g(t)=4t21
Benutze die Potenzgesetze für Wurzeln.
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
g′(t)=4⋅21t−21=2t−21
Die gesuchte Ableitung ist also:
g′(t)=2t−21
Wenn du möchtest, kannst du die Ableitung nun auch wieder in eine Schreibweise mit Wurzel umformen:
g′(t)=2⋅t−21
g′(t)=2⋅t211
g′(t)=2⋅t1
g′(t)=t2
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 2
Vereinfache die nachfolgenden Funktionsterme möglichst geschickt und bilde die Ableitungsfunktionen.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen
Bei dieser Aufgabe solltest du den Bruch zuerst vereinfachen und anschließend ableiten.
Umformung des Funktionsterms
Ableiten der Funktion
Nun kannst du mit der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen in Kombination mit der Summenregel und der Faktorregel f′(x) bestimmen.
f′(x)=2⋅2x−1+0=4x−1
Die Ableitung von f(x) ist f′(x)=4x−1.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen
Tipp: Ziehe den Faktor 41 vor den Bruch.
Um diese Funktion abzuleiten, bietet es sich an, dass du zunächst einen Faktor vor den Bruch schreibst und den entstehenden Term dann ableitest.
Umformung des Funktionsterms
g(t)=45t3+2t−1=41⋅(5t3+2t−1)
Nun ziehst du 41 vor den Bruch.
Ableiten der Funktion
Die Ableitung g´(t) lässt sich nun als Polynomfunktion mit Hilfe der Faktorregel, der Summenregel und der Ableitungsregel für Potenzfunktion bestimmen.
Es ergibt sich
g´(t)=41⋅(5⋅3t2+2⋅1)=41⋅(15t2+2)
Die Faktorregel besagt, dass man bei der Ableitung von Funktionen Konstanten vor Variablen nicht ableiten muss.
Unter Anwendung der Summenregel und der Ableitungsregel für Potenzfunktion lassen sich die einzelnen Potenzfunktionen nun ableiten.
Die Ableitung von g(t) ist g´(t)=41⋅(15t2+2).
Hast du eine Frage oder Feedback?
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen
Tipp: Du kannst zuerst 5π−11 vor den Bruch ziehen.
Bei dieser Aufgabe solltest du zuerst den Funktionsterm umformen und dann mithilfe der Ableitungsregeln h′(x) bestimmen.
Umformung des Funktionsterms
h(x) = 5π−12x+3x2 ↓ Ziehe 5π−11 vor den Bruch.
= 5π−11⋅(2x+3x2) Ableiten der Funktion
Wende nun die Faktorregel, die Summenregel und die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen an.
h′(x)=5π−11⋅(2+6x)
Schreibe (2+6x) in den Zähler.
h′(x)=5π−12+6x
Die Ableitung von h(x) ist h′(x)=5π−12+6x.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen
Tipp: Kürze den Bruch zuerst mit 2 und ziehe dann 21 vor den Bruch.
Hier bietet es sich an, den Bruch zuerst zu kürzen, danach 21 vor den Bruch zu ziehen und anschließend abzuleiten.
Umformung des Funktionsterms
Ableiten der Funktion
Leite nun mit der Faktorregel, der Summenregel und der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen ab.
k′(s)=21⋅(9s2+0)
Schreibe 9s2 in den Zähler.
k′(s)=29s2
Alternativ kannst du auch zu Beginn 221 vor den Bruch ziehen und dann ableiten.
Die Ableitung von k(s) ist k′(s)=29s2.
Hast du eine Frage oder Feedback?
l(x)=3⋅(2x+1)4x2+3⋅(2x+1)4x+1
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen
Tipp: Wende die 1. binomische Formel im Zähler an und kürze anschließend.
Umformung des Funktionsterms
In dieser Aufgabe solltest du zuerst die beiden Brüche addieren, um anschließend im Zähler die 1. binomische Formel anwenden zu können. Danach kannst du durch Kürzen den Bruch weiter vereinfachen.
l(x) = 3⋅(2x+1)4x2+3⋅(2x+1)4x+1 ↓ Addiere die beiden Brüche zu einem gemeinsamen Bruch.
= 3⋅(2x+1)4x2+4x+1 ↓ Wende nun die 1. binomische Formel im Zähler an.
= 3⋅(2x+1)(2x+1)2 ↓ Kürze den Term in Klammern.
= 3(2x+1) ↓ Ziehe den Faktor 31 vor den Bruch.
= 31⋅(2x+1) ↓ = 32x+31 Ableiten der Funktion
Leite nun deinen vereinfachten Term ab.
l′(x)=32+0=32
Die Ableitung von l(x) ist l′(x)=32.
Hast du eine Frage oder Feedback?
m(z)=(zz−1)2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen
Umformung des Funktionsterms
Bei dieser Aufgabe bietet es sich zunächst an, wenn du den Funktionsterm mithilfe der Potenzgesetze und zweiten binomischen Formel vereinfachst bevor du diesen anschließend ableitest.
m(z) = (zz−1)2 ↓ Ziehe den gemeinsamen Exponenten in den Zähler und Nenner.
= z2(z−1)2 ↓ Wende die zweite binomische Formel im Zähler an.
= z2z2−2z+1 ↓ Spalte den Bruch in mehrere Summanden auf.
= z2z2−z22z+z21 ↓ Kürze die ersten beiden Summanden.
= 1−z2+z21 ↓ Schreibe die Brüche als Potenzen mit negativen Exponenten um.
= 1−2z−1+z−2 Ableiten der Funktion
Die letzte Äquivalenzumformung erspart es dir, die Quotientenregel anwenden zu müssen und ermöglicht die Nutzung der Regel zur Ableitung von Potenzfunktionen in Kombination mit der Summenregel und Faktorregel für die einzelnen Summanden.
m(z) = 1−2z−1+z−2 m´(z) = 2z−2−2z−3 ↓ Schreibe die Potenzen mit negativen Exponenten als Brüche um.
= z22−z32 ↓ Klammere den gemeinsamen Faktor z22 aus.
= z22⋅(1−z1) Die Ableitung von m(z) ist m′(z)=z22⋅(1−z1).
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 3
Vereinfache folgende Funktionen so weit wie möglich und leite sie ab.
f(x)=x3(x+1)⋅(x−1)+1
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Zähler
Vereinfache zunächst den Zähler, um dann die Ableitung zu bilden.
f(x) = x3(x+1)⋅(x−1)+1 ↓ Wende die 3. binomische Formel im Zähler an.
= x3x2−1+1 ↓ Fasse den Zähler zusammen.
= x3x2 ↓ Kürze den Bruch mit x2.
= x1 Ableiten der Funktion
Bilde nun mit Hilfe der Potenzgesetze für negative Exponenten und der Regeln zum Ableiten von Potenzfunktionen die Ableitung von f(x).
f(x)=x1=x−1
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f′(x)=−1⋅x−2=−x21
Nun kannst du den Term wieder als Bruch schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also f′(x)=−x−2 bzw. f′(x)=−x21.
Hast du eine Frage oder Feedback?
g(z)=3z3(z+3)2−6z−9
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Zähler
Vereinfachen des Funktionsterms
g(z) = 3z3(z+3)2−6z−9 ↓ Wende die 1. binomische Formel im Zähler an.
= 3z3z2+6z+9−6z−9 ↓ Fasse den Zähler zusammen.
= 3z3z2 ↓ Kürze den Faktor z2.
= 3z1 ↓ Bringe das z aus dem Nenner durch Anwendung der Potenzgesetze zu negativen Exponenten hinter den Bruch.
= 31⋅z−1 Ableiten der Funktion
Bestimme die Ableitung mit Hilfe der Regel zur Ableitung von Potenzfunktionen.
g´(z) = 31⋅(−1)⋅z−2 ↓ Multipliziere die Faktoren vor dem z−2
= −31⋅z−2 ↓ Nun kannst du das z wieder in den Nenner schreiben.
= −3z21 Die gesuchte Ableitung ist also g′(z)=−31⋅z−2 bzw. g′(z)=−3z21.
Hast du eine Frage oder Feedback?
h(s)=(2s+1)2(s+1)2−s2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Zähler
In dieser Aufgabe solltest du den Funktionsterm zuerst vereinfachen, bevor du ableitest.
h(s) = (2s+1)2(s+1)2−s2 ↓ Multipliziere die Klammer im Zähler aus. Verwende dazu die 1. binomische Formel.
= (2s+1)2s2+2s+1−s2 ↓ Vereinfache den Zähler.
= (2s+1)22s+1 ↓ Kürze mit (2s+1).
= 2s+11 ↓ Wende das Potenzgesetz für negative Exponenten an.
= (2s+1)−1 Ableiten der Funktion
Jetzt kannst du h′(s) mithilfe der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen und der Kettenregel bestimmen.
h´(s) = −1⋅(2s+1)−2⋅2 ↓ Vereinfache den Term.
= −2⋅(2s+1)−2 Die Ableitung von h(s) ist h′(s)=−2⋅(2s+1)−2 bzw. h′(s)=−(2s+1)22.
Hast du eine Frage oder Feedback?
k(t)=(t2−4)3(t+2)⋅(t−2)
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Zähler
In dieser Aufgabe solltest du als erstes den Zähler vereinfachen, um dann die Ableitung zu bilden.
k(t) = (t2−4)3(t+2)⋅(t−2) ↓ Wende die 3. binomische Formel im Zähler an.
= (t2−4)3t2−4 ↓ Vereinfache den Bruch durch Kürzen.
= (t2−4)21 Im nächsten Schritt solltest du nun die Potenzgesetze für negative Exponenten anwenden, um dann den Bruch ableiten zu können.
k(t)=(t2−4)21
k(t)=1⋅(t2−4)−2
Ableiten der Funktion
Jetzt kannst du durch Anwenden der Regel zur Ableitung von Potenzfunktionen, der Kettenregel und der Summenregel die Ableitung von k(t) berechnen.
k′(t)=−2⋅(t2−4)−3⋅2t
k′(t)=−4t⋅(t2−4)−3
Die gesuchte Ableitung von k(x) ist k′(t)=−4t⋅(t2−4)−3.
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 4
Vereinfache folgende Funktionen so weit wie möglich und leite sie ab.
f(x)=x45−x49−3x210+x44
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
In dieser Aufgabe kürzen sich einige der Brüche heraus.
f(x)=x45−x49−3x210+x44
f(x)=x45−9+4−3x210
Fasse den Zähler weiter zusammen.
f(x)=0−3x210
Nutze das Potenzgesetz zu negativen Exponenten, um den Funktionsterm umzuformen.
f(x)=−310⋅x−2
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f′(x)=−310⋅(−2)⋅x−2−1
f′(x)=320⋅x−3
f′(x)=3x320
Zuletzt kannst du den Term wieder als Quotienten schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also f′(x)=3x320
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Beachte, dass Brüche mit gleichem Nenner einfach zusammengefasst werden können.
g(t)=3t310−t33
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
In dieser Aufgabe musst du beide Brüche auf einen Hauptnenner bringen, um dir das ableiten zu vereinfachen.
g(t)=3t310−t33
Erweitere t33 mit 3.
g(t)=3t310−3t39
Bringe beide Zähler auf einen Bruchstrich.
g(t)=3t310−9
Fasse den Zähler weiter zusammen.
g(t)=3t31
Nutze das Potenzgesetz zu negativen Exponenten, um den Funktionsterm umzuformen.
g(t)=31⋅t−3
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
g′(t)=31⋅(−3)⋅t−3−1
g′(t)=−t41
Zuletzt kannst du den Term wieder als Quotienten schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also g′(t)=−t41.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Bringe beide Brüche auf einen Hauptnenner und verwende die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
- 5
Leite folgende Funktionen ab.
f(x)=x1
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Nutze das Potenzgesetz zu negativen Exponenten, um den Funktionsterm umzuformen.
f(x)=x1=x−1
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f′(x)=−1⋅x−2=−x21
Zuletzt kannst du den Term wieder als Quotienten schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also f′(x)=−x−2 bzw. f′(x)=−x21.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Forme erst mit den Potenzgesetzen um und verwende dann die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
g(t)=t434
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Nutze das Potenzgesetz zu negativen Exponenten, um den Funktionsterm umzuformen.
g(t)=t434=34⋅t−4
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
g′(t)=34⋅(−4)⋅t−5
phantomg′(x)=−t5136
Zuletzt kannst du den Term wieder als Quotienten schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also g′(t)=−t5136.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Forme erst mit den Potenzgesetzen um und verwende dann die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
h(z)=4z43
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Nutze das Potenzgesetz zu negativen Exponenten, um den Funktionsterm umzuformen.
h(z)=4z43=43⋅z−4
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
h′(z)=43⋅(−4)⋅z−5=−z53
Zuletzt kannst du den Term wieder als Quotienten schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also h′(z)=−z53.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Forme erst mit den Potenzgesetzen um und verwende dann die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
- 6
Mathematicus hat hier die Funktion f(x)=x1 mehrmals abgeleitet.
Versuche ohne weitere Rechnung die nächste Ableitung zu bestimmen.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung
Mehrmaliges Ableiten x1
Wenn man sich den Nenner der einzelnen Ableitungen anschaut, erkennt man, dass sich der Exponent von x nach jeder Ableitung um eins erhöht.Da bei der Funktion f(4)(x) der Exponent schon bei 5 ist, kann man folgern, dass die Funktion f(5)(x) im Nenner ein x6 hat.
Du kannst also die Funktion f(5)(x)=−x5120 und f(5)(x)=−120⋅x6 ausschließen.
Schau dir das Vorzeichen der Ableitungen an. Es variiert nach jeder Ableitung. Die Funktion f(5)(x) muss also ein negatives Vorzeichen haben. Deswegen kannst du auch f(5)(x)=x6120 ausschließen.
Die gesuchte Funktion ist also f(5)(x)=−x6120.
Man kann seine Wahl nun auch rechnerisch überprüfen.
Nutze dafür das Potenzgesetz zu negativen Exponenten, um den Funktionsterm umzuformen und leite die Funktion f(4)(x)=x524 ab.
f(4)(x)=24⋅x−5
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f(5)(x)=24⋅(−5)⋅x−6
f(5)(x)=−x6120
Zuletzt kannst du den Term wieder als Quotienten schreiben.
Die gesuchte Ableitung ist also tatsächlich f(5)(x)=−x6120.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Mathematicus hat hier einige mögliche Formeln aufgeschrieben, wobei jeweils das n∈N für die Anzahl der Ableitungen steht. Welche der Formeln beschreibt die n-te Ableitung der Funktion f(x)=x1?
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung
Tipp: Du kennst die schreibweise "n!" nicht? Dann schau hier.
Wird die Funktion n-mal abgeleitet, so spricht man von der "n-ten Ableitung der Funktion".
Allgemeine Formel zur Ableitung der Funktion f(x)
Betrachtest du die in der Aufgabe angegebenen Ableitungen und die in der Teilaufgabe a) bestimmte fünfte Ableitung, so fällt dir vielleicht auf, dass sich das Vorzeichen nach jeder Ableitung ändert.
Die angegebene Formel f(n)(x)=x(n+1)n ist somit nicht richtig, da die Variation des Vorzeichens nicht berücksichtigt wird.
Hinweis: Bei einer geradzahligen Ableitung steht vor dem Term ein Plus und vor einer ungeraden Ableitung ein Minus.
Schaust du dir den Zähler der Ableitungen genauer an, so siehst du, dass dieser nicht immer gleich ist.
Die Funktion f(n)(x)=(−1)n⋅x(n+1)1 ist somit nicht die gesuchte Formel.
Untersuchst du den Zähler, so kannst du beispielsweise bei der vierten Ableitung durch Faktorisieren den Zähler wie folgt darstellen: 24=4⋅3⋅2⋅1=4!. Genauso kannst du auch bei der fünften Ableitung vorgehen: 120=5⋅4⋅3⋅2⋅1=5!.
Vergleichst du die Exponenten im Nenner der einzelnen Ableitungen, so bemerkst du, dass sich der Exponent von x nach jeder Ableitung um eins erhöht.
Mit Hilfe dieser Erkenntnis kannst du die Formel f(n)(x)=(−1)n⋅xn! ausschließen.
Die gesuchte allgemeine Formel der Ableitung ist somit f(n)(x)=(−1)n⋅x(n+1)n!.
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 7
Leite die folgenden Funktionen ab und entscheide welche der abgebildeten Graphen dem Funktionsgrahen der Ableitung der Funktion entsprechen. Fülle in den Feldern dafür den Funktionsnamen (1,2,3 oder 4) ein.
Achtung: Die Graphen entsprechen der Ableitung der Funktion, nicht der Funktion selber.
f(x)=34x3
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Wenn man die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher.
f(x)=34x3
f(x)=34⋅x3
Ziehe den Faktor vor den Bruch.
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f′(x)=34⋅3⋅x2=4x2
Das heißt, die in der Grafik gesuchte Funktion ist f′(x)=4x2.
Der Graph einer Funktion zweiten Grades ist eine Parabel.
Deswegen kann man die Graphen 2 und 4 ausschließen, da diese beide keine Parabeln sind.
Der Graph 3 ist eine nach unten geöffnete Parabel. Bei einer nach unten geöffneten Parabel ist der Faktor vor dem x2 negativ. Bei der Funktion f′(x) ist der Faktor vor dem x2 eine 4 und damit positiv.
Die gesuchte Funktion ist also die 1.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Beim Ableiten einer Potenzfunktion verringert sich der Grad der Funktion um eins.
g(x)=6x3+6x
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Wenn man die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher.
g(x)=6x3+6xg(x)=61⋅(x3+6x)
Ziehe den Faktor 61 vor den Bruch.
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
g′(x)=61⋅(3⋅x2+6)
g′(x)=21x2+1
Multipliziere 61 in die Klammer.
Das heißt, die in der Grafik gesuchte Funktion ist g′(x)=21x2+1.
Der Graph einer Funktion zweiten Grades ist eine Parabel.
Deswegen kann man die Graphen 1 und 3 ausschließen, da diese beide keine Parabeln sind.
Der Graph 4 ist eine nach unten geöffnete Parabel. Bei einer nach unten geöffneten Parabel ist der Faktor vor dem x2 negativ. Bei der Funktion g′(x) ist 21 der Faktor vor dem x2 und damit positiv.
Die gesuchte Funktion ist also die 2. Dies kann man auch gut an dem +1 in der Funktionsgleichung sehen. Sie sorgt für eine Verschiebung der Parabel, um 1 nach oben entlang der y-Achse.
Du hast eine weitere Variante gefunden diese Aufgabe zu lösen? Dann schreib uns gerne in die Kommentare oder füge deine Variante der Lösung hinzu.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Beim Ableiten einer Potenzfunktion verringert sich der Grad der Funktion um eins.
h(x)=108x4+108x
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Wenn man die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher.
h(x)=108x4+108x=1081⋅(x4+108x)
Dafür bietet es sich an, dass du 1081 ausklammerst.
Das Ergebnis lässt sich nun mit Hilfe der Faktorregel, der Summenregel und der Ableitungsregel für Potenzfunktionen ableiten.
Zuerst werden die einzelnen Potenzfunktionen abgeleitet.
h´(x)=1081⋅(4⋅x3+108)=1084⋅x3+108108=271x3+1
Danach wird mit dem Faktor 1081 ausmultipliziert.
Du erhälst also h´(x)=271x3+1.
Die Ableitung h´(x) ist eine Funktion dritten Grades.
Da es sich bei 2 und 4 um Parabeln und somit um Funktionen zweiten Grades handelt, fallen diese beiden Möglichkeiten schon mal weg.
h´(x) hat mit 271 einen positiven Vorfaktor und ist somit nach oben geöffnet. Deshalb fällt die Möglichkeit 1 ebenfalls weg. Die richtige Lösung ist somit der Graph 3.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Beim Ableiten einer Potenzfunktion verringert sich der Grad der Funktion um eins.
k(x)=−153x5−10x3−15x
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
k(x)=−153x5−10x3−15x
Wenn man die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher. Klammere also zur Vereinfachung 151 aus.
k(x)=−153x5−10x3−15x=−151⋅(3x5−10x3−15x)
Leite danach den entstandenen Term ab:
k´(x)=−151⋅(3⋅5x4−10⋅3⋅x2−15)=−151⋅(15x4−30x2−15)=−1515x4+1530x2+1515=−x4+2x2+1
Die Ableitung von k(x) ist also k´(x)=−x4+2x2+1 und somit eine Funktion 4. Grades.
Als Lösung fällt somit Graph 4 als Parabel (und somit Funktion 2. Grades) raus. Ebenso fällt Graph 2 als Gerade (und somit Funktion 1. Grades) raus. Die Graph 3 fällt als Funktion 3. Grades ebenso raus.
Der Graph 1 beschreibt eine Funktion, die nach unten geöffnet ist und entspricht somit (unter Verwendung der zuvor angeführten Punkte) der Lösung.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Beim Ableiten einer Potenzfunktion verringert sich der Grad der Funktion um eins.
l(x)=−60,375x4+31x3+151x5+2x2−3x
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Wenn du die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformst, ist das Ableiten einfacher.
l(x)=−60,375x4+31x3+151x5+2x2−3x
Ziehe den Faktor 61 vor den Bruch.
l(x)=−61⋅(0,375x4+31x3+151x5+2x2−3x)
Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
l′(x)=−61⋅(0,375⋅4⋅x3+31⋅3⋅x2+151⋅5⋅x4+2⋅2⋅x−3)
Fasst du den Term noch weiter zusammen und schreibst den Term wieder als Bruch erhälst du:
l′(x)=−61,5x3+x2+31x4+4x−3
l′(x)=−631x4+1,5x3+x2+4x−3
Ordne den Term auf dem Zähler nach dem Grad an.
Das heißt, die in der Grafik gesuchte Funktion ist l′(x)=−631x4+1,5x3+x2+4x−3 und somit eine Funktion 4. Grades.
Der Graph 1 ist eine Parabel und gehört deswegen zu einer Funktion 2. Grades. Da l′(x) allerdings eine Funktion 4. Grades ist, kannst du Graph 1 ausschließen.
Der Graph 4 hat einen Wertebereich von −∞ bis +∞. Daraus kannst du folgern, dass der Grad der Funktion des Graphen 4 ungerade ist. Da l′(x) allerdings eine Funktion 4. Grades ist und damit einen geraden Grad besitzt, kannst du Graph 4 ebenfalls ausschließen.
Die Graphen 2 und 3 sind beides Graphen von Funktionen 4. Grades. Graph 2 ist nach oben geöffnet und Graph 3 ist nach unten geöffnet. Da l′(x) ein Minus vor dem Leitkoeffizienten hat, muss der Graph von l′(x) nach unten geöffnet sein. Somit kannst du Graph 2 ausschließen und Graph 3 ist der Graph der gesuchten Funktion.
Der Graph der gesuchten Funktion ist also der Graph 3.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Tipp: Beim Ableiten einer Potenzfunktion verringert sich der Grad der Funktion um eins.
- 8
Leite die Funktionen ab.
f(t)=32t3
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung
f(t) = 32t3 ↓ Du kannst den Bruch wie folgt aufteilen.
= 32⋅t3 Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f´(t) = 32⋅3⋅t2 ↓ Verrechne beide Faktoren vor dem t2.
= 2t2 Die gesuchte Funktion ist also f′(t)=2t2.
Hast du eine Frage oder Feedback?
g(x)=−8x4
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung
g(x) = −8x4 ↓ Du kannst den Bruch folgendermaßen aufteilen.
= −81x4 Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
g´(x) = −81⋅4⋅x3 ↓ Verrechne beide Faktoren vor dem x3.
= −21x3 Die gesuchte Funktion ist also g′(x)=−21x3.
Hast du eine Frage oder Feedback?
h(z)=3z6−6
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung
h(z) = 3z6−6 ↓ Du kannst den Bruch folgendermaßen aufteilen.
= 31(z6−6) ↓ Multipliziere die Klammer aus.
= 31z6−2 Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
h´(z) = 31⋅6⋅z5−0 ↓ Verrechne die beiden Faktoren vor dem z5.
= 2z5 Die gesuchte Funktion ist also: h′(z)=2z5.
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 9
Vereinfache die Funktionen so weit wie möglich und leite sie ab.
f(z)=143z2+72z2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Bruchterme
Wenn man die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher.
Lösungsvorschlag 1
Um beide Brüche verrechnen zu können, musst du diese auf einen Hauptnenner bringen.
f(z) = 143z2+72z2 ↓ Erweitere 72z2 mit 2.
= 143z2+144z2 ↓ Bringe die zwei Brüche auf einen Bruchstrich.
= 143z2+4z2 ↓ Fasse den Zähler zusammen.
= 147z2 ↓ Kürze den Bruch mit 7.
= 2z2 ↓ Ziehe den Faktor vor den Bruch.
= 21z2 ↓ Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f´(z) = 21⋅2⋅z = z Lösungsvorschlag 2
Da beide Brüche im Zähler ein z2 haben, kann man dieses ausklammern.
f(z) = 143z2+72z2 ↓ Klammere z2 aus.
= (143+72)⋅z2 ↓ Erweitere 72 mit 2.
= (143+144)⋅z2 ↓ Bringe die zwei Brüche auf einen Bruchstrich.
= 143+4⋅z2 ↓ Fasse den Zähler zusammen.
= 147⋅z2 ↓ Kürze den Bruch mit 7.
= 21⋅z2 ↓ Jetzt brauchst du die Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen.
f´(z) = 21⋅2⋅z = z Beide Varianten liefern das Endergebnis f′(z)=z.
Hast du eine Frage oder Feedback?
g(x)=127x2−4x2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Bruchterme
Wenn man die Funktion mit Hilfe der Rechenregel für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher.
Lösungsvorschlag 1:
Bringe die Brüche auf einen Hauptnenner und vereinfache so weit wie möglich bevor du die Ableitung bildest.
Bilde nun mit Hilfe der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen die Ableitung von g(x).
g′(x)=31⋅2⋅x=32x
Lösungsvorschlag 2:
Klammere aus und vereinfache so weit wie möglich bevor du die Ableitung bildest.
Bilde nun mit Hilfe der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen die Ableitung von g(x).
g′(x)=31⋅2⋅x=32x
Beide Varianten liefern das Endergebnis g′(x)=32x.
Hast du eine Frage oder Feedback?
h(t)=−3t3−6t3
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Bruchterme
Wenn man die Funktionen mit Hilfe der Rechenregeln für Bruchterme umformt, ist das Ableiten einfacher.
Lösungsvorschlag 1:
Bringe die zwei Brüche auf den Hauptnenner, um dann die Brüche zusammen zu fassen..
Bilde nun mit Hilfe der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen die Ableitung von h(t).
h′(t)=−21⋅3⋅t2=−23t2=−1,5t2
Lösungsvorschlag 2:
Du kannst hier t3 ausklammern , um die Funktion zu vereinfachen.
Bilde nun mit Hilfe der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen die Ableitung von h(t).
h′(t)=−21⋅3⋅t2=−23t2=−1,5t2
Beide Varianten liefern das Endergebnis h′(t)=−1,5t2.
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 10
Welche Ableitungsregeln werden benötigt, um die Funktion
abzuleiten?
Ableiten einer Wurzelfunktion
Zum Ableiten ist es nützlich, die Funktion zunächst mithilfe der Potenzgesetze umzuschreiben und dann dem Exkurs zu rationalen Exponenten im Artikel Ableiten von Potenzfunktionen zu folgen.
Funktionsterm umschreiben mithilfe der Potenzgesetze
Verwende das Potenzgesetz zum Umschreiben von Wurzeln:
Ableiten mithilfe der Ableitungsregel für Potenzfunktionen
Leite die Funktion mithilfe der Regel zum Ableiten von Potenzfunktionen ab: f(x)=xa wird zu f′(x)=a⋅xa−1.
So ist die Ableitung zwar fertig gebildet, jedoch kann man für die meisten Zwecke wenig mit Brüchen als Exponenten anfangen.
Verschönerungsarbeiten
Die fertige Ableitung lässt sich nun mithilfe der Potenzgesetze in eine schönere Form bringen.
Verwende: x−a=xa1
Verwende: xba=bxa
- 11
f(x)=(2−x)2−2x2
Gesucht wird die Ableitung von f(x). Überlege zunächst, welche der im folgendern genannten Hilfsmittel und Ableitungsregeln nützlich sein können und leite die Funktion anschließend ab!
Quotienten- und Kettenregel anwenden
Zur Ableitung dieser Funktion benötigst du unter anderem die Quotientenregel und die Kettenregel.
Quotientenregel vorbereiten
Gerade bei den ersten Anwendungen der Quotientenregel kann es dir helfen, dir die Funktion vorab genauer anzuschauen.
f(x)=(2−x)2−2x2 liefert
u(x)=−2x2 und v(x)=(2−x)2
Die Ableitung von u(x) bildest du mithilfe der Ableitungsregel für Potenzfunktionen:
u′(x)=−4x
Für die Ableitungsfunktion von v(x) brauchst du die Kettenregel, wobei die innere Funktion (2−x) und die äußere x2 ist:
v′(x)=2⋅↑Ableitung x2(2−x)↑innere Funktion⋅(−1)↑Nachdifferenzieren:Ableitung (2−x)
Vereinfachen liefert:
v′(x)=−2(2−x) (Man könnte noch weiter vereinfachen, doch beim Ausrechnen der Ableitung wirst du sehen, dass diese faktorisierte Form von Vorteil ist)
Quotientenregel anwenden und vereinfachen
f(x) = (2−x)2−2x2 ↓ Setze u,v,u′ und v′ in die Quotientenregel ein: f′(x)=v(x)2u′(x)⋅v(x)−v′(x)⋅u(x)
f´(x) = (2−x)4−4x⋅(2−x)2−(−2)⋅(2−x)⋅(−2x(2)) ↓ Klammere (2−x) im Zähler aus.
f´(x) = (2−x)4(2−x)(−4x⋅(2−x)−(−2)⋅(−2x2)) ↓ Kürze den Bruchterm mit (2−x).
f´(x) = (2−x)3−4x⋅(2−x)−(−2)⋅(−2x2) ↓ Berechne und beachte die Vorzeichen!
f´(x) = (2−x)3−8x+4x2−4x2 ↓ Berechne im Zähler und ziehe das Minus vor den Term.
f´(x) = −(2−x)38x Zur Lösung der Aufgabe musstest du also einen Bruchterm kürzen, die Kettenregel und die Quotientenregel anwenden
- 12
f(x)=ln(1−x1+x)+4
Überlege zunächst, welche der genannten Hilfsmittel und Ableitungsregeln nützlich sein können und leite die Funktion anschließend ab!
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Quotientenregel
Zur Ableitung dieser Funktion musst du neben der Quotientenregel wissen, wie man den natürlichen Logarithmus mithilfe der Kettenregel ableitet.
Kettenregel vorbereiten
Die Funktion f zerteilt sich in die innere Funktion v(x)=1−x1+x und die äußere Funktion u(x)=lnx.
Wegen f′(x)=u′(v(x))⋅v′(x) benötigst du von beiden Funktionen die Ableitung
Ableitung von lnx
lnx ist eine Grundfunktion, deren Ableitung du im Artikel Ableitung berechnen findest:
u′(x)=x1
Ableitung der inneren Funktion mithilfe der Quotientenregel
Um die innere Funktion abzuleiten, benötigst du die Quotientenregel.Damit du einfach in die Regel einsetzen kannst, empfiehlt es sich, Zähler und Nenner vorab einzeln abzuleiten:
p(x)=1+x⇒p′(x)=1
q(x)=1−x⇒q′(x)=−1
Die Quotientenregel lautet:
v´(x) = q(x)2p´(x)⋅q(x)−q´(x)⋅p(x) ↓ Setze diese Bestandteile in die Formel ein
v´(x) = (1−x)21⋅(1−x)−(−1)⋅1(+x) ↓ Berechne im Zähler, beachte die Vorzeichen.
v´(x) = (1−x)21−x+1+x ↓ Berechne im Zähler
v´(x) = (1−x)22 Kettenregel anwenden
Nachdem du die Bestandteilte der Kettenregel berechnet hast, kannst du die Regel jetzt anwenden.
f(x) = ln(1−x1+x)+4 ↓ Verwende die Summen- und Konstantenregel für die Zahl 4 und die Kettenregel.
f´(x) = u´(v(x))⋅v´(x) ↓ Setze die Bestandteile ein. Beachte dabei: ba1=ab
f´(x) = 1+x1−x⋅(1−x)22 ↓ Multipliziere die Bruchterme und kürze dabei (1−x).
f´(x) = (1+x)(1−x)2 Insgesamt ist also die Summenregel, die Faktorregel die Kettenregel, die Quotientenregel und die Ableitungsregel des ln zum Einsatz gekommen. Außerdem musstest du mit Bruchtermen rechnen.
- 13
Welche der folgenden Umformungen ist richtig? Leite die Funktion anschließend ab.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung berechnen
Tipp: π ist eine Zahl und keine Variable.
Die Ableitung berechnest du zum Beispiel mithilfe der Kettenregel: Zunächst zerlegst Du f in eine innere Funktion v und eine äußere Funktion u:
Mit den Bezeichnungen: u(x)=π1⋅sin(x), v(x)=3x.
Die Ableitungen der Teilfunktionen sind:
Damit erhältst Du als Ableitung von f:
Beachte: Die Quotientenregel benötigst Du hier nicht, da im Nenner keine Variable vorkommt - es wäre aber auch nicht falsch, sie hier anzuwenden.
- 14
Welche der folgenden Umformungen sind richtig? Leite die Funktion anschließend ab.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitung berechnen
Umformung
Welche der drei Umformungen der Funktion f(x)=70ln(x)−2x sind richtig? Schauen wir sie uns einmal genauer an:
Da im Nenner von f kein x vorkommt, können wir die 70 als Kehrwert vor den Zähler schreiben:
Wichtig: Vergiss die Klammer nicht, da im Zähler des Bruchs nicht nur eine Zahl, sondern der Term ln(x)−2x steht. So erhältst du:
Wenn du die Klammer ausmultiplizierst, erhältst du:
Damit sind die beiden Umformungen richtig:
f(x)=701⋅[ln(x)−2x]
f(x)=701⋅ln(x)−701⋅2x
Die andere Umformung f(x)=701⋅ln(x)−2x ist aber falsch. Hier fehlt die Klammer!
Ableitung
Für die Ableitung kannst du einer der richtigen Umformungen verwenden:
Variante 1
f(x)=701⋅ln(x)−701⋅2x
Bei einer Differenz kannst du jeden Teil einzeln ableiten (siehe im Artikel Ableitung berechnen unter Summenregel). Damit ist die Ableitung
wobei verwendet wurde, dass (log(x))′=x1.
Variante 2
f(x)=701⋅[ln(x)−2x]
Du kannst die Differenz direkt ableiten und den Vorfaktor 701 mitnehmen (siehe im Artikel Ableitung berechnen unter Summenregel). Damit ist die Ableitung f′(x)=701⋅[x1−2] wobei wieder verwendet wurde, dass (log(x))′=x1.
- 15
Welche der folgenden Umformungen ist richtig? Leite danach die Funktion ab.
Umformung
Wenn du den Funktionsterm umformst, wendest du das Potenzgesetz zu negativen Exponenten an. Dabei musst du den Nenner im Ganzen betrachten und deshalb Klammern um den gesamten Nenner setzen. Die richtige Lösung ist somit f(x)=[sin(x)+cos(x)]−1.
Die Antwortmöglichkeit f(x)=sin(x−1)+cos(x−1) ist falsch, weil nur das x als Potenz geschrieben wurde. Man könnte den Term umformen zu sin(x1)+cos(x1). Das ist aber nicht das gleiche wie sin(x)+cos(x)1.
Die Antwortmöglichkeit f(x)=sin(x)−1+cos(x)−1 ist ebenfalls falsch, weil nur sin(x) und cos(x) als Potenz geschrieben wurden. Man könnte den Term umformen zu sin(x)1+cos(x)1. Das ist aber nicht das gleiche wie sin(x)+cos(x)1.
Ableitung
Leite den vereinfachten Term mit Potenz- und Kettenregel ab.
f(x)=[sin(x)+cos(x)]−1
Bei der Kettenregel wird die äußere Funktion, hier u(z)=z−1 abgeleitet und die innere Funktion v(x)=sin(x)+cos(x) eingesetzt und anschließend die innere Ableitung v′(x)=cos(x)−sin(x) angehängt. Insgesamt ergibt sich:
f′(x) = u′(v(x))⋅v′(x) = −[sin(x)+cos(x)]−2⋅[cos(x)−sin(x)] - 16
Leite die Funktion f(x)=3x2+sin(x) ab.
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableitungsregeln
Tipp: Hier kommt im Nenner kein x vor, sondern nur eine Zahl.
Ableiten eines Bruchs
Du kannst die Funktion entweder mit der Quotientenregel direkt oder mit der hier gezeigten Umformung ableiten.
Umschreiben der Funktion
Bei der Funktion 3x2+sin(x) Nenner kein x vor, sondern nur eine Zahl.
Ist dies der Fall, so kannst du die Zahl als Kehrwert vor den Zähler schreiben:
Ableiten der Funktion
Bevor du ableitest, multipliziere noch die Klammer aus:
Nun kannst du jeden Summand einzeln ableiten.
Das ist auch schon die Ableitung.
Wenn du möchtest, kannst du 31 wieder ausklammerst. Dann erhälst du als Endergebnis f′(x)=31⋅[2x+cos(x)]
- 17
Welche der folgenden Umformungen sind richtig?
f(x) = 70x3−2x ↓ Ziehe den Bruch vor.
= 701⋅(x3−2x) Die Umformung zu f(x)=701⋅(x3−2x) ist also richtig.
Wenn du nun noch die Klammer auflöst, bekommst du eine weitere Umformung, die als Antwortoption zur Auswahl stand.
f(x) = 70x3−2x ↓ Ziehe den Bruch vor.
= 701⋅(x3−2x) = 701⋅x3−701⋅2x Die Antwort f(x)=701x3−701⋅2x ist also auch richtig.
Die andere Umformung f(x)=701⋅x3−2x ist aber falsch. Hier wurde die Klammer vergessen.
Hast du eine Frage oder Feedback?
Beachte: im Nenner von f kommt kein x vor! Um f später gut ableiten oder integrieren zu können, bietet es sich an f "bruchfrei" umzuschreiben. Das machst du, indem du die 70 als Kehrwert vor den Zähler schreibst.
Wichtig: Vergiss die Klammer nicht, da im Zähler des Bruchs nicht nur eine Zahl, sondern der Term x3−2x steht.
Leite die Funktion f ab.
Du brauchst hier die Faktorregel und Summenregel .
Lösungsvorschlag 1
f(x)=701x3−701⋅2x
Leite ab.
f′(x) = 703x2−702 ↓ Kürze den Bruch 702.
= 703x2−351 Lösungsvorschlag 2
Die Ableitung von f(x) ist f′(x)=703x2−351.
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 18
Leite die Funktion zunächst mit der Produkt- und Kettenregel ab und dann mit der Quotientenregel.
f(x)=3x2x3−5
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Produktregel
Lösungsvariante 1: Produkt- und Kettenregel
Bilde die Ableitung mit der Produktregel und der Kettenregel.
f(x)=3x2x3−5=v(x)u(x)
f(x)=v(x)u(x)=3x2x3−5
Wende das Potenzgesetz zu negativen Exponenten an.
f(x) = (2x3−5)⋅(3x)−1 ↓ Bilde nun mit Hilfe der Produktregel und der Kettenregel die Ableitung von f(x).
f´(x) = u′(x)⋅(v(x))−1+u(x)⋅(−1)⋅(v(x))−2⋅v′(x) ↓ Setze ein
= 6x2⋅(3x)−1+(2x3−5)⋅(−1)⋅(3x)−2⋅3 ↓ Wende das Potenzgesetz zu negativen Exponenten an.
= 3x6x2+(3x)2(2x3−5)⋅(−1)⋅3 = 3x6x2+3⋅3x2(2x3−5)⋅(−1)⋅3 ↓ Kürze den 2. Bruch mit dem Faktor 3.
= 3x6x2+3x2(2x3−5)⋅(−1) ↓ Bringe die Brüche auf einen gemeinsamen Nenner.
= 3x26x3+(2x3−5)⋅(−1) ↓ = 3x24x3+5 Die Ableitung von f(x) ist f′(x)=3x24x3+5.
Lösungsvariante 2: Quotientenregel
Bilde die Ableitung mit der Quotientenregel.
f(x)=3x2x3−5=v(x)u(x)
Bilde nun die Ableitung von f(x), indem du deine Ergebnisse in die Quotientenregel einsetzt.
f´(x) = (v(x))2v(x)⋅u′(x)−u(x)⋅v′(x) ↓ Setze ein
= (3x)23x⋅6x2−(2x3−5)⋅3 ↓ Verrechne die Faktoren 3x und 6x2
= (3x)218x3−(2x3−5)⋅3 ↓ Multipliziere die 3 in die Klammer
= (3x)218x3−(6x3+15) ↓ Löse die Klammern auf
= 9x218x3−6x3+15 ↓ Fasse den Zähler zusammen
= 9x212x3+15 ↓ = 3⋅3⋅x23⋅(4x3+5) ↓ Kürze mit den Bruch mit 3
= 3x24x3+5 Die Ableitung von f(x) ist f′(x)=3x24x3+5.
- 19
Berechne die Ableitung mit Summen-, Produkt und Kettenregel und überprüfe.Welches Verfahren bietet sich am ehesten an?
f(x)=(−x−3)2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
In dieser Aufgabe soll an der folgenden Funktion f(x)=(−x−3)2 gezeigt werden, dass es sich lohnt zu überlegen, mit welcher Methode man am besten ableitet.
Lösen über Summenregel
f(x) = (−x−3)2 ↓ Wende die 2. binomische Formel an.
= x2+6x+9 ↓ Leite mithilfe der Summenregel ab.
f´(x) = 2x+6 Lösen über Poduktregel
f(x) = (−x−3)2 ↓ Schreibe als Produkt.
= (−x−3)⋅(−x−3) Leite mithilfe der Produktregel ab.
f´(x) = (−x−3)´⋅(−x−3)+(−x−3)⋅(−x−3)´ = (−1)⋅(−x−3)+(−x−3)⋅(−1) ↓ Multipliziere aus.
= x+3+x+3 ↓ Fasse zusammen.
= 2x+6 Lösen über Kettenregel
f(x) = (−x−3)2 ↓ Leite mithilfe der Kettenregel ab.
f´(x) = 2⋅(−x−3)⋅(−1) ↓ Multipliziere aus.
= (−2x−6)⋅(−1) = 2x+6 Fazit
Für quadratische Funktionen ist sowohl die Verwendung der Summenregel als auch der Kettenregel sinnvoll, da der Aufwand ungefähr gleich hoch ist.
Die Produktregel hat mehr Rechenschritte und somit ein höheres Fehlerpotenzial.
Hast du eine Frage oder Feedback?
f(x)=(−x+2y)3
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Ableiten
Lösen über Summenregel
f(x) = (−x+2y)3 = (−x+2y)2⋅(−x+2y) ↓ Wende die 1. binomische Formel an.
= (x2−4xy+4y2)⋅(−x+2y) ↓ Multipliziere aus.
= −x3+4x2y−4xy2+2x2y−8xy2+8y3 ↓ Addiere.
= −x3+6x2y−12xy2+8y3 Den letzten Term −x3+6x2y−12xy2+8y3 leiten wir nun mithilfe der Summenregel ab:
f′(x)=−3x2+12xy−12y2
Lösen über Produktregel
f(x) = (−x+2y)3 ↓ Schreibe als Produkt.
= (−x+2y)⋅(−x+2y)⋅(−x+2y) ↓ Leite mithilfe der Produktregel ab.
f´(x) = (−x+2y)´⋅(−x+2y)⋅(−x+2y)+(−x+2y)⋅(−x+2y)´⋅(−x+2y)+(−x+2y)(−x+2y)⋅(−x+2y) ↓ Leite mithilfe der Produktregel ab.
= (−x+2y)´⋅(−x+2y)⋅(−x+2y)⋅3 ↓ Leite ab.
= (−1)⋅(−x+2y)⋅(−x+2y)⋅3 ↓ Fasse zusammen.
= −3(−x+2y)2 Lösen über Kettenregel
f(x) = (−x+2y)3 ↓ Leite mithilfe der Kettenregel ab.
= 3(−x+2y)2⋅(−1) = −3(−x+2y)2 Fazit
Bei Funktionen 3. Grades ist die Rechnung zur Ableitung sowohl mit Hilfe der Summenregel als auch der Produktregel sehr lang, wodurch man schnell den Überblick verlieren kann und dadurch Vorzeichenfehler auftreten können.
Die Kettenregel hingegen ist leichter anzuwenden und somit die Regel, die sich bei diesen Funktionen am meisten anbietet.
Hast du eine Frage oder Feedback?
- 20
Bestimme die erste Ableitung von f(x)=4e2x⋅ex2 indem...
... du zuerst die Potenzgesetze anwendest und dann ableitest.
...du die Produktregel verwendest.
Erst Potenzgesetze, dann Ableiten
Hat ein Produkt aus Potenzen die gleiche Basis, so addiert man die Exponenten:
f(x)=4e2x⋅ex2=4e2x+x2
Jetzt braucht man nur die Kettenregel, da die Zahl 4 nur eine Konstante ist und im Exponenten nur eine Summe ist. Dabei ist 4ex die äußere Funktion und 2x+x2 die innere:
f′(x)=(2+2x)⋅4e2x+x2=(8+8x)e2x+x2
Ableiten mit der Produktregel
Da sowohl im Faktor e2x als auch im Faktor ex2 ein x vorkommt, braucht es neben der Kettenregel auch die Produktregel:
f′(x)=2⋅4e2x⋅ex2+4e2x⋅2x⋅ex2
Vereinfache den Term, um zu zeigen, dass er mit der anderen Ableitung übereinstimmt:
f′(x)=2⋅4e2x⋅ex2+4e2x⋅2x⋅ex2=8e2x⋅ex2+8xe2x⋅ex2 =e2x⋅ex2⋅(8+8x)
Für den ersten Weg benötigst du die Potenzgesetze, um zwei Potenzen mit gleicher Basis zu multiplizieren. Danach brauchst du dann nur noch die Kettenregel (da 4 eine Konstante ist).
Für den zweiten Weg musst du sowohl die Kettenregel als auch die Produktregel verwenden. Vergiss nicht das Nachdifferenzieren bei beiden e-Funktionen!
- 21
Bestimme die ersten beiden Ableitungen der folgenden verknüpften Exponentialfunktionen
f(x)=e−2x2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Kettenregel
1. Ableitung
Verwende die Kettenregel, wobei −2x2 die innere Funktion ist, die nachdifferenziert werden muss:
f′(x)=−4x⋅e−2x2
2. Ableitung
Verwende die Produktregel und die Kettenregel:
f′′(x)=−4⋅e−2x2+(−4x)⋅(−4x)⋅e−2x2=−4xe−2x2+16x2e−2x2=e−2x2⋅x⋅(16x−4)
Hast du eine Frage oder Feedback?
Für die erste Ableitung benötigst du nur die Kettenregel.
Für die zweite Ableitung benötigst du Produktregel und Kettenregel.
f(x)=−0,5xe−x+1
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Kettenregel
erste Ableitung
Verwende sowohl die Kettenregel als auch die Produktregel. Die Konstante +1 fällt weg.
f′(x)=−0,5⋅e−x+(−0,5x)⋅(−1)⋅e−x=e−x⋅(−0,5+0,5x)
zweite Ableitung
Verwende erneut die Ketten- und die Produktregel
f′′(x)=−1⋅e−x⋅(−0,5+0,5x)+e−x⋅0,5=e−x(0,5−0,5x+0,5)=e−x⋅(1−0,5x)
Hast du eine Frage oder Feedback?
Du benötigst für beide Ableitungen sowohl die Kettenregel als auch die Produktregel. Klammere aus, bevor du die zweite Ableitung bildest.
f(x)=(0,5x2+x)⋅e−2x2
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Kettenregel
erste Ableitung
f′(x)=(x+1)⋅e−2x2+(0,5x2+x)⋅(−4x)⋅e−2x2=(x+1)⋅e−2x2+(−2x3−4x2)⋅e−2x2=e−2x2⋅(−2x3−4x2+x+1)
zweite Ableitung
f′′(x)=−4x⋅e−2x2⋅(−2x3−4x2+x+1)+e−2x2⋅(−6x2−8x+1)=e−2x2⋅(8x4+16x3−10x2−12x+1)
Hast du eine Frage oder Feedback?
Du benötigst für beide Ableitungen sowohl die Kettenregel als auch die Produktregel. Klammere aus, bevor du die zweite Ableitung bildest.
- 22
Bestimme alle Extrempunkte (mit Art) und Wendepunkte und gib die Monotonie- und Krümmungsintervalle an.
f(x)=x2ex mit Df=R
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Monotonie und Extrema
Extrema und Monotonieverhalten
Verwende die Produktregel und Kettenregel, um die Ableitung zu bilden.
f′(x) = 2x⋅ex+x2⋅ex ↓ Klammere ex und x aus
= ex⋅x⋅(2+x) Die Nullstellen von f′ kannst du mithilfe des Satz vom Nullprodukt direkt ablesen:
x1=0 und x2=−2
Beide Nullstellen haben die Vielfachheit 1 und sind deshalb Nullstellen mit Vorzeichenwechsel von Gf′ und somit Extremstellen von Gf.
Die Art der Extremstellen und die Monotonieintervalle erhältst du zum Beispiel über eine Monotonietabelle (Alternativ: 2. Ableitung)
x
x<−2
x=−2
−2<x<0
x=0
x>0
Vorzeichen f′
+
0
-
0
+
Verlauf Gf
↗
HOP
↘
TIP
↗
Die Lage der Extrempunkte bekommst du über Einsetzen in f:
f(−2)=4e−2≈0,54
f(0)=0
Der Graph ist also streng monoton steigend für x∈]−∞;−2]∪[0;+∞[ und fallend in x∈[−2;0] mit HOP(−2∣0,54) und TIP(0∣0)
Wendepunkte und Krümmung
Bilde die 2. Ableitung mithilfe der Produkt- und Kettenregel um f′(x)=ex(2x+x2) nochmal abzuleiten
f′′(x) = ex⋅(2x+x2)+ex⋅(2+2x) ↓ Klammere ex aus
= ex⋅(2x+x2+2+2x) = ex⋅(x2+4x+2) Diesmal sind die Nullstellen nicht so offensichtlich.
f′′(x) = 0 ex⋅(x2+4x+2) = 0 ↓ ex trägt keine Nullstellen bei, da ex>0 für alle x∈R
x2+4x+2 = 0 Löse mithilfe der Mitternachtsformel:
x1/2=2⋅1−4±42−4⋅1⋅2 liefert x1=−2+2≈−0,59 und x2=−2−2≈−3,41
Da beide Nullstellen von f′′ die Vielfachheit 1 haben, handelt es sich um Wendestellen von Gf.
Untersuche die Krümmung mit einer Krümmungstabelle
x
x<−3,41
x=−3,41
−3,41<x<−0,59
x=−0,59
x>−0,59
Vorzeichen f′′
+
0
-
0
+
Krümmung Gf
lgk
WEP
rgk
WEP
lgk
Die Lage der Wendepunkte erhältst du erneut über Einsetzen in f:
f(−3,41)≈0,38
f(−0,59)≈0,19
Der Graph von f ist linksgekrümmt in x∈]−∞;−3,41]∪[0,59;+∞[ und rechtsgekrümmt in x∈[0,50;3,41]. Die Wendepunkte liegen bei WEP(−3,41∣0,38) und WEP(−0,59∣0,19).
Hast du eine Frage oder Feedback?
Für Extrema und Monotonie:
Bestimme die erste Ableitung
Bestimme ihre Nullstellen
Fertige eine Monotonietabelle an. Zusätzlich zu den Monotonieintervallen erhältst du die Art der Extrempunkte
Bestimme die Lage der Extrempunkte durch Einsetzen in die Ausgangsfunktion
Für Wendepunkte und Krümmungsintervalle:
Bestimme die zweite Ableitung
Bestimme ihre Nullstellen
Fertige eine Krümmungstabelle an
Bestimme die Lage des Wendepunktes durch Einsetzen in die Ausgangsfunktion
g(x)=(x2−4x+1)⋅e−x mit Dg=R
Für diese Aufgabe benötigst Du folgendes Grundwissen: Extrema berechnen
Extrema und Monotonieverhalten
Verwende die Produktregel und die Kettenregel, um den Term abzuleiten:
g′(x) = (2x−4)⋅e−x+(x2−4x+1)⋅(−1)⋅e−x ↓ Multipliziere hinten die -1 in die Klammer
= (2x−4)⋅e−x+(−x2+4x−1)⋅e−x ↓ Klammere e−x aus.
= e−x⋅(2x−4−x2+4x−1) ↓ Vereinfache
= e−x⋅(−x2+6x−5) Bestimme die Nullstellen der Ableitung:
g′(x) = 0 e−x⋅(−x2+6x−5) = 0 ↓ Nach dem Satz vom Nullprodukt können die Faktoren einzeln betrachtet werden. Die Exponentialfunktion e−x>0 hat keine Nullstellen.
−x2+6x−5 = 0 Verwende die Mitternachtsformel, um die Gleichung zu lösen:
x1/2=2⋅(−1)−6±62−4⋅(−1)⋅(−5)=−2−6±16=−2−6±4 also: x1=1 und x2=5
(Da beide Nullstellen die Vielfachheit 1 haben, also Nullstellen mit Vorzeichenwechsel von Gg′ sind, sind dort Extremstellen von Gg)
Mit einer Monotonietabelle bekommst du sowohl die Art der Extrema als auch die Monotonieintervalle:
x
x<1
x=1
1<x<5
x=5
x>5
Vorzeichen g'
-
0
+
0
-
Verlauf Gg
↘
TIP
↗
HOP
↘
Die Lage der Extrempunkte bekommst du, indem du in g einsetzt:
g(1)=−2⋅e−1≈0,74
g(5)=6⋅e−5≈0,04
Insgesamt gilt für die Extremwerte und Monotonie also:
Gg ist streng monoton fallend für x∈]−∞;1]∪[5;+∞[ und streng monoton steigend für x∈[1;5]. Dabei gibt es die Extrempunkte TIP(1|0,74) und HOP(5|0,04)
Wendepunkte und Krümmung
Du benötigst die Nullstellen der 2. Ableitung, da dort die Wendestellen von Gg liegen. Erneut brauchst du sowohl die Kettenregel als auch die Produktregel
g′′(x) = −e−x⋅(−x2+6x−5)+e−x⋅(−2x+6) ↓ Ziehe das Minus zu Beginn des Terms in die Klammer
= e−x⋅(x2−6x+5)+e−x⋅(−2x+6) ↓ Klammere e−x aus
= e−x⋅(x2−8x+11) Bestimme die Nullstellen der zweiten Ableitung. Erneut ist nur die ganzrationale Funktion in den Klammern wichtig, da der Satz vom Nullprodukt gilt und e−x>0
Verwende erneut die Mitternachtsformel:
x1/2=2⋅1−(−8)±(−8)2−4⋅1⋅11. Du erhältst x1≈6,24 und x2≈1,76
Da beide Nullstellen von g′′ die Vielfachheit 1 haben, handelt es sich um Wendestellen von Gg.
Für die Krümmungsintervalle benötigst du trotzdem noch die Krümmungstabelle.
x
x<1,76
x=1,76
1,76<x<6,24
x=6,24
x>6,24
Vorzeichen g''
+
0
-
0
+
Krümmung Gg
lgk
WEP
rgk
WEP
lgk
Für die Koordinaten der Wendepunkte musst du außerdem noch die gefundenen x-Werte in g einsetzen:
g(1,76)≈−0,51
g(6,24)≈0,03
Insgesamt ist der Graph Gg also linksgekrümmt für x∈]−∞;1,76]∪[6,24;+∞[ und rechtsgekrümmt für x∈[1,76;6,24]. Er hat die Wendepunkte WEP(1,76∣−0,51) und WEP(6,24∣0,03)
Hast du eine Frage oder Feedback?
Für Extrema und Monotonie:
Bestimme die erste Ableitung
Bestimme ihre Nullstellen
Fertige eine Monotonietabelle an. Zusätzlich zu den Monotonieintervallen erhältst du die Art der Extrempunkte
Bestimme die Lage der Extrempunkte durch Einsetzen in die Ausgangsfunktion
Für Wendepunkte und Krümmungsintervalle:
Bestimme die zweite Ableitung
Bestimme ihre Nullstellen
Fertige eine Krümmungstabelle an
Bestimme die Lage des Wendepunktes durch Einsetzen in die Ausgangsfunktion
Dieses Werk steht unter der freien Lizenz
CC BY-SA 4.0 → Was bedeutet das?