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Grundlegende Ableitungsregeln

Potenzregel

Beispiel 1:
f(x)=x4      f(x)=4x3 f(x) = x^4 \ \ \ \rightarrow \ \ \ f'(x) = 4x^3
Beispiel 2:
f(x)=x20      f(x)=20x19 f(x) = x^{20} \ \ \ \rightarrow \ \ \ f'(x) = 20x^{19}
Beispiel 3:
f(x)=1x=x1   f(x)=1x2=1x2 f(x) = \frac{1}{x} = x^{-1} \ \ \ f'(x) = -1 \cdot x^{-2} = -\frac{1}{x^2}
Beispiel 4:
f(x)=x3=x32      f(x)=32x321=32x12=32x f(x) = \sqrt{x^3} = x^{\frac{3}{2}} \ \ \ \rightarrow \ \ \ f'(x) = \frac{3}{2} \cdot x^{\frac{3}{2} -1} = \frac{3}{2} \cdot x^{\frac{1}{2}} = \frac{3}{2} \cdot \sqrt{x}

Ableitungen wichtiger Grundfunktionen

Folgende Ableitungen sollten Sie immer parat haben bzw. auswendig wissen:

FunktionAbleitung
f(x)=c f(x) = c f(x)=0 f'(x) = 0
f(x)=xrf(x) = x^r f(x)=rxr1f'(x) = r \cdot x^{r-1}
f(x)=sin(x) f(x) = \sin(x) f(x)=cos(x) f'(x) = \cos(x) $
f(x)=cos(x) f(x) = \cos(x) f(x)=sin(x) f'(x) = -\sin(x)
f(x)=ex f(x) = e^x f(x)=ex f'(x) = e^x
f(x)=ln(x) f(x) = \ln(x) f(x)=1x f'(x) = \frac{1}{x}
f(x)=ax f(x) = a^x f(x)=(lna)ax f'(x) = (\ln{a}) \cdot a^x

Faktorregel

Beispiel 1:
f(x)=5x3      f(x)=53x2=15x2 f(x) = 5 \cdot x^3 \ \ \ \rightarrow \ \ \ f'(x) = 5 \cdot 3x^2 = 15x^2
Beispiel 2:
g(t)=at2n5      g(x)=dgdt=a(2n5)t2n51=a(2n5)t2n6 g(t) = a \cdot t^{2n-5} \ \ \ \rightarrow \ \ \ g'(x) = \frac{dg}{dt} = a \cdot (2n-5) t^{2n-5-1} = a \cdot (2n-5) t^{2n-6}
Beispiel 3:
p(x)=2lnx      p(x)=dpdx=21x=2x p(x) = 2 \cdot \ln{x} \ \ \ \rightarrow \ \ \ p'(x) = \frac{dp}{dx} = 2 \cdot \frac{1}{x} = \frac{2}{x}

Summenregel

Beispiel 1:
f(x)=2x3      f(x)=20=2 f(x) = 2x -3 \ \ \ \rightarrow \ \ \ f'(x) =2 - 0 = 2
Beispiel 2:
u(x)=mx+b      u(x)=m u(x) = mx + b \ \ \ \rightarrow \ \ \ u'(x) = m
Beispiel 3:
e(x)=2x2+5x+3      e(x)=22x+5=4x+5 e(x) = -2x^2 + 5x + 3 \ \ \ \rightarrow \ \ \ e'(x) = -2 \cdot 2x + 5 = -4x + 5

Ein Beispiel zur Potenz-, Faktor- und Summenregel gibt es im Video unter: https://youtu.be/Mye0FraACQ0

Produktregel

Für die Ableitung des Produkts zweier Funktionen gilt:

Hier im Video wird die Produktregel mit einem Beispiel nochmal erklärt! https://youtu.be/4Ewk2tKDKkQ

Beispiel 1:

f(x)=(x2x+1)lnx=u(x)v(x) f(x) = \color{blue}{(x^2-x+1)} \cdot \color{green}{\ln{x}} = \color{blue}{u(x)} \cdot \color{green}{v(x)}

   u(x)=2x1 \rightarrow \ \ \ \color{orange}{u'(x) = 2x-1}

   v(x)=1x \rightarrow \ \ \ \color{red}{v'(x) = \frac{1}{x}}

   f(x)=(2x1)lnx+(x2x+1)1x \rightarrow \ \ \ f'(x) = (2x-1) \cdot \ln{x} + (x^2-x+1) \cdot \frac{1}{x}

Beispiel 2:

e(x)=7xcosx=u(x)v(x) e(x) = \color{darkblue}{7x} \cdot \color{orange}{\cos{x}} = \color{darkblue}{u(x)} \cdot \color{orange}{v(x)}

   u(x)=7 \rightarrow \ \ \ \color{red}{u'(x) = 7}

   v(x)=sinx \rightarrow \ \ \ \color{green}{v'(x) = -\sin{x}}

   e(x)=7cosx+7x(sinx)=7(cosxxsinx) \rightarrow \ \ \ e'(x) = 7 \cdot \cos{x} + 7x \cdot (-\sin{x}) = 7 \cdot (\cos{x} - x\cdot \sin{x})

Anwendung von Faktor-, Summen- und Produktregel:

Häufig müssen Ableitungen gemischt angewendet werden.

Beispiel: f(x)=4x32x2ln(x)+0,4xsin(x)+33=4x32x2ln(x)+0,4xsin(x)+33=g1(x)+g2(x)+g3(x)+g4(x) f(x) = -4x^3 -2x^2 \cdot \ln{(x)} + 0,4x \cdot \sin{(x)} + 33 = \color{orange}{-4x^3} \color{blue}{-2x^2 \cdot \ln{(x)}} \color{green}{+0,4x \cdot \sin{(x)}} \color{darkred}{+33} = \color{orange}{g_1(x)} + \color{blue}{g_2(x)} + \color{green}{g_3(x)} + \color{darkred}{g_4(x)}

Beispiel:

f(x)=4x32x2ln(x)+0,4xsin(x)+33=4x32x2ln(x)+0,4xsin(x)+33=g1(x)+g2(x)+g3(x)+g4(x) f(x) = -4x^3 -2x^2 \cdot \ln{(x)} + 0,4x \cdot \sin{(x)} + 33 = \color{orange} {-4x^3} \color{blue}{-2x^2 \cdot \ln{(x)}} \color{green}{+0,4x \cdot \sin{(x)}} \color{darkred}{+33} = \color{orange}{g_1(x)} + \color{blue}{g_2(x)} + \color{green}{g_3(x)} + \color{darkred}{g_4(x)} Vorgehensweise:

  1. Man verwendet die Summenregel und leitet die einzelnen Summanden ab.

  2. Man beachte die Produkte innerhalb der einzelnen Summanden. Hierfür muss zur Ableitung die Produktregel angewandt werden.

f(x)=12x24xln(x)2x21x+0,4sin(x)+0,4x(cos(x)) f'(x) = \color{orange}{-12x^2} \color{darkblue}{-4x \cdot \ln{(x)} - 2x^2 \cdot \frac{1}{x}} \color{green}{+0,4 \cdot \sin{(x)} + 0,4x \cdot (-\cos{(x)})}

=12x22x(2ln(x)+1)+0,4(sin(x)xcos(x)) = -12x^2 -2x \cdot (2 \ln{(x)} + 1) + 0,4 \cdot (\sin{(x)} - x \cdot\cos{(x)})

Quotientenregel

Auch zur Quotientenregel gibt es ein Video auf dem YouTube-Kanal studien.cloud: https://youtu.be/rCVfiwrRIPU

Beispiel:

f(x)=2x+1x23=u(x)v(x) f(x) = \frac{2x+1}{x^2-3} = \frac{u(x)}{v(x)}

u(x)=2x+1 \rightarrow u(x) = 2x+1

v(x)=x23 \rightarrow v(x) = x^2-3

u(x)=2 \rightarrow u'(x) = 2

v(x)=2x \rightarrow v'(x) = 2x

f(x)=2(x23)(2x+1)2x(x23)2=2x264x22x(x23)2=2x22x6(x23)2=2x2+2x+6(x23)2 \rightarrow f'(x) = \frac{2 \cdot (x^2-3) - (2x+1) \cdot 2x}{(x^2-3)^2} = \frac{2x^2-6 - 4x^2 -2x}{(x^2-3)^2} = \frac{-2x^2 -2x -6}{(x^2-3)^2} = - \frac{2x^2+2x+6}{(x^2-3)^2}

Anwendung der Quotientenregel zur Berechnung der Ableitung von f(x)=tan(x)f(x) = \tan{(x)} :

f(x)=tan(x)=sin(x)cos(x) f(x) = \tan{(x)} = \frac{\sin{(x)}}{\cos{(x)}}

   f(x)=cos(x)cos(x)sin(x)(sin(x))(cos(x))2=(cos(x))2+(sin(x))2(cos(x))2 \rightarrow \ \ \ f'(x) = \frac{\cos{(x)} \cdot \cos{(x)} - \sin{(x)} \cdot (-\sin{(x)})}{(\cos{(x)})^2} = \frac{(\cos{(x)})^2 + (\sin{(x)})^2}{(\cos{(x)})^2}

da gilt: (cosx)2+(sinx)2=1 (\cos{x})^2 + (\sin{x})^2 = 1

f(x)=1(cos(x))2 \rightarrow f'(x) = \frac{1}{(\cos{(x)})^2}

oder:

f(x)=(cos(x))2(cos(x))2+(sin(x))2(cos(x))2=1+(tan(x))2 \rightarrow f'(x) = \frac{(\cos{(x)})^2}{(\cos{(x)})^2} + \frac{(\sin{(x)})^2}{(\cos{(x)})^2} = 1 + (\tan{(x)})^2

Kettenregel

Im Video https://youtu.be/dJNxQKbbdkE wird ein Beispiel zur Kettenregel gerechnet.

Beispiel:

f(x)=x23x f(x) = \sqrt{x^2-3x}

   v(x)=x23x      v(x)=2x3 \rightarrow \ \ \ v(x) = x^2-3x \ \ \ \rightarrow \ \ \ v'(x) = 2x-3

   u(x)=v=v12      u(x)=12v12=12v \rightarrow \ \ \ u(x) = \sqrt{v}= v^{\frac{1}{2}} \ \ \ \rightarrow \ \ \ u'(x) = \frac{1}{2} \cdot v^{-\frac{1}{2}} = \frac{1}{2 \cdot \sqrt{v}}

   f(x)=12x23x(2x3)=2x32x23x \rightarrow \ \ \ f'(x) = \frac{1}{2 \cdot \sqrt{x^2-3x}} \cdot (2x-3) = \frac{2x-3}{2 \cdot \sqrt{x^2-3x}}