Differenzenquotient. f(x) Differenzialrechnung. Gegeben sei eine Funktion f(x). 197 Wegener Math/5_Differenzial Mittwoch

Transkript

1 Gegeben sei eine Funktion f(). Differenzialrechnung Differenzenquotient f() 197 Wegener Math/5_Differenzial Mittwoch :38:45 1

2 Differenzenquotient Gesucht ist die Tangente an der Stelle, wobei nach Berechnung der Steigung diese mit Hilfe der Punkt-Steigungs-Form bestimmt werden kann. f() 2

3 Differenzenquotient Man zeichne zunächst eine Sekante, die die Kurve im Punkte (,) und (+,+Δ) schneidet. Die Steigung beträgt dann f() Δ = f(+)-f() +Δ Δ + 3

4 Nun lassen wir gegen Null gehen. Differenzialrechnung Differenzenquotient f() +Δ Δ + 4

5 Differenzialquotient Gegeben sei ein Differenzenquotient Δ/. Der Differenzialquotient d/d ist der Grenzwert des Differenzenquotienten Δ/ für gegen Null. d d Δ f(+)-f() = f () Wenn dieser Grenzwert eistiert und für <0 und >0 gleich ist, so heißt die Funktion f differenzierbar an der Stelle. Die so erhaltene Funktion f nennt man Ableitung von f. 5 d Δ f(+)-f() = f ()

6 Differenzierbarkeit Die folgende Funktion g() ist an der Stelle nicht differenzierbar. g() 6

7 Differenzierbarkeit Wir versuchen uns mit einer Sekante von unten und mit einer von oben dem Punkte (,) zu nähern. g() +Δ Δ Δ -Δ - + 7

8 Differenzierbarkeit Nun lassen wir beide gegen Null gehen und erhalten zwei verschiedene Tangenten. g() +Δ Δ + 8

9 Beispiele für Differenzialquotienten: Differenzialrechnung Differenzialquotient f() = 2 f () = d d (+) = 2 9

10 Ableitungsregeln Die Ableitung einer konstanten Funktion f()=a ist Null. f() = a f () = d d f(+)-f() a-a = 0 10

11 Ableitungsregeln Ist eine Funktion f() Produkt einer Konstanten a mit einer Funktion g(), so ist die Ableitung f () Produkt derselben mit der Ableitung g (). f() = a g() f () = d d f(+)-f() a g(+)-a g() a (g(+)-g()) = a g () 11

12 Ableitungsregeln Ist eine Funktion f() Summe oder Differenz zweier Funktionen g() und h(), so ist auch die Ableitung f () Summe oder Differenz der Ableitungen g () und h (). f() = g() ± h() f () = d d f(+)-f() (g(+)±h(+))-(g()±h()) (g(+)-g())±(h(+)-h()) g(+)-g() ± lim h(+)-h() = g () ± h () 12

13 Produktregel Ist eine Funktion f() Produkt zweier Funktionen g() und h(), so ist die Ableitung gleich g ()h()+g()h (). f() = g() h() f () = d d f(+)-f() g(+) h(+)-g() h() =0* g(+) h(+)-g() h(+)+g() h(+)-g() h() ( g(+)-g() h(+) + g() h(+)-h() ) = g () h()+g() h () ingefügt. 13

14 Ableitungsregeln Ist eine Funktion f() Potenz n, so ist die Ableitung f () gleich n n-1. f() = n f () = d d = n n-1 1 (n + n 1 f(+)-f() () n-1 + n 2 (+) n - n () n n - n ) (() n n-1 + n 1 () n n-1 ) 2 14

15 Ableitungsregeln Die Ableitung einer Potenz n lässt sich auch mit Hilfe der Produktregel herleiten: f() = n f () = d d = (n ) = ( n-1 ) = ( n-1 ) + n-1 = (n-1) n-2 + n-1 1 = n n-1 15

16 Ableitungsregeln Ist eine Funktion f() das Reziproke 1/g() einer Funktion g() so ist die Ableitung gleich -g ()/g 2 (). f() = 1 g() f () = d d f(+)-f() ( ) g(+) g() g()-g(+) 1 g(+) g() - g(+)-g() 1 g(+) g() = - g () g 2 () 16

17 Quotientenregel Ist eine Funktion f() Quotient zweier Funktionen g() und h(), so ist die Ableitung gleich g ()h()-g()h ()/h 2 (). f() = g() h() = g() 1 h() f () = g () 1 h() - g() h () h 2 () = g () h()-g() h () h 2 () 17

18 Kettenregel Besteht eine Funktion f() aus der Hintereinanderausführung zweier Funktionen g(h()) und h(), so ist die Ableitung gleich h ()g (h()). f() = g(h()) Sei z = h(), dann ist Δz = h(+)-h() f () = d d g(z+δz)-g(z) g(z+δz)-g(z) Δz Δz * g(z+δz)-g(z) h(+)-h() Δz = g (h()) h () *: Erweiterung mit Δz 18

19 Beispiele für Ableitungen f() = sin Hier muss die Produktregel angewandt werden: f() = g() h() g() = g () = 1 h() = sin h () = cos f () = g () h() + g() h () = 1 sin + cos 19

20 Höhere Ableitungen Ist die Ableitung einer Funktion differenzierbar, so kann man weitere höhere Ableitungen bilden. Während die erste Ableitung die Steigung einer Funktion angibt, beschreibt die zweite die Krümmung. Wenn die Steigung zunimmt, spricht man von positiver wenn sie abnimmt von negativer Krümmung. f() f () <0 <0 >0 >0 =0 =0 <0 >0 =0 =0 =0 =0 f () <0 >0 <0 >0 <0 >0 =0 =0 =0 =0 =0 =0 (1) (2) (3) (3) (4) (4) (1) relatives Maimum, (2) relatives Minimum, (3) Wendepunkt, (4) Sattelpunkt 20