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Transkript:

Lern-Buch Prüfungsvorbereitung für Oberstufe und Abitur Fachwissen verständlich erklärt Analysis [] Kurvendiskussion Mitternachtsformel / pq-formel Polynomdivision Ableitung / Integration und mehr Kostenlose Videos mit Rechenbeispielen auf Mathe-Seite.de

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Stammfunktionen.4 Stammfunktionen Stammfunktionen braucht man, um Flächen zwischen Funkionen zu berechnen. Im Gegensatz zu Ableitungen, wo man jede Funktion ableiten kann, kann man nicht jede Funktion integrieren [= aufleiten = Stammfunktion bilden ]. Im Allgemeinen kann man keine Produkte und keine Brüche integrieren. Stammfunktion bezeichnet man meist mit Großbuchstaben: F(x), G(x),...4. Integrieren von ganzrationalen Funktionen ( ) Die Vorgehensweise: Die Hochzahl wird um eins erhöht, die neue Hochzahl kommt in den Nenner. Die allgemeine Formel lautet: Bsp. f(x) = x 4 +4x 3 7x 2 +5x 2 F(x) = 5 x5 + 4 4 x4 7 3 x3 + 5 2 x2 2x+c = = 5 x5 +x 4 7 3 x3 + 5 2 x2 2x+c Die Integrationskonstante c steht für eine beliebige Zahl, die man hinter die Funktion F(x) dranhängen kann. [Macht man nämlich die Probe und leitet F(x) wieder ab, erhält man f(x), egal welche Zahl man für c gewählt hat.] Meistens lässt man das c weg. f(x)= a x n n+ F(x)= x n+ Die Integrationskonstante c sollte hinter jede Stammfunktion. Meist braucht man sie jedoch nicht und lässt sie weg. Bsp. 2 sei: g(x) = 4 x³+2 7 x² 6x G(x) = 4 4 x4 + 2 7 3 x3 6 2 x2 x+c = = 6 x4 + 2 2 x3 3x 2 x+c Bsp. 3 sei: h(x) = x 5 + 4x 4 2x 3 5x 2 +3x + 3 H(x) = 6 x6 + 4 5 x5 2 4 x4 5 3 x3 + 3 2 x2 +3x+c Produkte kann man nur mit der Produktintegration aufleiten. An vielen Schulen lernt man das aber nicht. Zu den Brüchen: Ein paar Ausnahmen von Brüchen kann man aufleiten. siehe hierzu Kap 3.3.5 und 3.3.6

2 Stammfunktionen.4.2 einfache Wurzeln und Brüche ( ) Wie für die Ableitungen auch, kann man Wurzeln und Brüche zum Aufleiten ebenfalls häufig umschreiben. Bei Brüchen der Form Zahl x Zahl bringt man den Nenner von unten hoch, in den Zähler, in dem man das Vorzeichen der Hochzahl ändert. Wurzeln schreibt man um, in dem man aus der Hochzahl von x einen Bruch macht. Wurzeln und Brüche sollte man zuerst besser umschreiben. Bsp. 3 f(x)= 5 x 3 h(x)= 4 5x -3 f(x)=5 x g(x)= 2 g(x)= 2 3x 6 3 x 6 h(x)= 4 5 x i(x)= 2 i(x)= 2 5x 3 5 x3 Bsp. 4 f(x)= x f(x) = x 2 g(x)= 4 x g(x) = 4x 2 h(x)= 3 x h(x) = x 3 i(x)= 5 x² i(x) = x 2 5 Bsp. 5 Bestimmen Sie die Stammfunktion von f(x)= 3 x + 4x f(x) umschreiben: f(x) = 3x 0,5 + 4x f(x) integrieren: F(x) = 3,5 x,5 + 4 2 x2 = 2x,5 +2x 2 Falls man möchte, kann man F(x) wieder umschreiben zu: F(x) = 2 x³+2x 2 Bsp. 6 Bestimmen Sie die Ableitung von f(x)= 3 x³ + 6 5x² f(x) umschreiben: f(x) = 3 x 3 + 6 5 x 2 f(x) integrieren: F(x) = 3 2 x 2 + 6 5 ( ) x = = 3 2 x 2 6 5 x Falls man möchte, kann man F(x) wieder umschreiben: F(x)= 3 2x² 6 5x

Stammfunktionen 3 Bsp. 7 g(x) = 3x 4 +2x 2,5 x + 5 x³ + 4x 8 +7 erst g(x) umschreiben = 3x 4 + 2x 2,5 x 0,5 + 5x -3 + 4x -8 + 7 jetzt Stammfunktion bilden G(x) = 3 5 x5 + 2 3,5 x3,5,5 x,5 + 5 2 x 2 + 4 7 x 7 +7x = = 3 5 x5 + 4 7 x3,5 2 3 x3 5 2x 2 4 7x 7 +7x Bsp. 8 h t(x) = H t(x) = = 2t² x3 + 3t 8 x2 5tx t²+3 2t² 4 x 4 + 3t 8 3 x2 5t 2 x2 t²+3 x = 8t² x4 + t 8 x2 5t 2 x2 t²+3 x In der Wurzel ist kein x drin. Somit gilt die Wurzel als Zahl und erhält beim Integrieren einfach ein x hinten dran..4.3 Integrieren von einfachen verketteten Funktionen ( ) lineare Substitution Mal ganz blöd gesagt: Wie beim Ableiten auch, erkennt man eine verkettete Funktion an einer Klammer die eine Hochzahl hat, einem Sinus oder Kosinus vor der Klammer oder daran, dass x in der Hochzahl einer e-funktionen steht. Zum Integrieren macht man eine Umkehrung der Kettenregel. Beispiele für verkettete Funktionen: f(x) = 3(2x 4) 6, g(x) = 3 (5 4x) -3, h(x) = 2x+5t, j(x) = sin(2 x), k(x) = 6cos(x²+), l(x) = e tx- Beispiele für keine verkettete Funktionen (trotz Klammer): f(x) = x (2x 4), g(x) = 3x (5 4x²), h(x) = (x+) sin(x), k(x) = (x² ) e x [Es handelt sich hier hauptsächlich um Produkte. Dafür braucht man die Klammern.] Man nennt das Integrieren von verketteten Funktionen auch lineare Substitution. Die wichtigste Idee bei der Bildung der Stammfunktion ist die, dass die innere Ableitung der Funktion [also die Ableitung der Klammer] in den Nenner muss.

4 Stammfunktionen Bsp. 9 f(x) = 3 (2x 4) 6 Bestimmen Sie die Stammfunktion F(x)! Zum Aufleiten () ignoriert man zuerst das Innere der Klammer, man denkt also nur an 3 ( ) 6. Die Stammfunktion von 3 ( ) 6 Bei Bildung einer Stammfunktion muss die innere Ableitung immer in den Nenner. gibt 3 7 ( )7, das Innere der Klammer bleibt immer unverändert. Das Einzige was noch fehlt, ist die innere Ableitung der Klammer 2x 4, die in den Nenner muss. Die Ableitung von 2x 4 ist 2. Die Stammfunktion von 3 (2x 4) 6 ist daher: F(x) = 3 7 (2x 4)7 2 = 3 4 (2x 4)7 (die 2 hinten im Nenner kommt von der inneren Ableitung.) Bsp.0 Bestimmen Sie die Stammfunktion von: g(x) = 3 (5 4x) -3 Die Aufleitung von 3 ( ) -3 3 ist ( 2 ) 2, das Innere der Klammer bleibt dabei unverändert. Die innere Ableitung ist -4, welche hinten in den Nenner geschrieben wird. G(x) = 3 2 (5 4x) 2 4 = 3 (5 4x 3 8 ) 2 = 8(5 4x) 2 Die innere Ableitung ist -4, sie steht am Ende der Stammfunktion im Nenner. Bsp. Bestimme die Stammfunktion von: h(x) = 2 5 ( 4 3 x+π)4 H(x) = 2 5 5 ( 4 3 x+π)5 4 3 = 2 25 ( 4 3 x+π)5 3 4 = 3 50 ( 4 3 x+π)5 Die innere Ableitung ist 4 3, sie steht am Ende der Stammfunktion im Nenner. Bsp.2 Bestimmen Sie die Stammfunktion von: i(x)= 3 5x+2 Erst muss i(x) umgeschrieben werden: i(x)=3 (5x+2) 0,5 I(x) = 3,5 (5x+2),5 5 = 2 5 (5x+2),5 [Die innere Ableitung ist 5, sie steht am Ende der Stammfunktion im Nenner.] verwandte Themen: Kap. 3..4 Kap. 3.2.5 Kap. 3.3.5 Kap. 3.4.3 Kap. 3.5.3 Ich möchte mich dafür entschuldigen, dass ich den Begriff Aufleiten verwende, obwohl es diesen Begriff eigentlich in Mathe gar nicht gibt. Er vereinfacht mir jedoch manche Formulierungen.