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In den folgenden Abschnitten bekommst du einen Einblick in die Grundlagen der Differentialrechnung und Erklärungen über die wichtigsten Ableitungen (besondere Ableitungen).
Ableitungsregeln – Tabelle
Als Erstes wirst du die Ableitungsregeln kennenlernen. Diese sind die Grundlagen für die Anwendung der besonderen Ableitungen.
Funktion | Ableitung | |
Ableitung einer konstanten Funktion | ||
Ableitung einer linearen Funktion | ||
Potenzregel | ||
Faktorregel | ||
Summenregel | ||
Differenzregel | ||
Produktregel | ||
Quotientenregel | ||
Kettenregel |
Ableitung berechnen – Fälle mit Aufgaben und Lösungen
Im Folgenden bekommst du für die jeweiligen Ableitungsregeln zusätzlich Beispiele.
Ableitung einer konstanten Funktion
Ableitungsregel
Aufgabe 1
Bilde die Ableitung der konstanten Funktion:
Lösung
Die Lösung lautet 0, da die Ableitung einer Konstanten gleich 0 beträgt.
Ableitung einer linearen Funktion
Ableitungsregel
Aufgabe 2
Bilde die Ableitung der linearen Funktion:
Lösung
Die Lösung lautet 1, da die Ableitung der konstanten Funktion 1 beträgt und für die Konstante -10 lautet die Ableitung 0.
Faktorregel
Ableitungsregel
Aufgabe 3
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
Die Lösung lautet , da hier der konstante Faktor beim Ableiten unverändert bleibt (in diesem Fall 5). Sonst leitest du wie gewohnt nach der Potenzregel ab.
Summenregel
Ableitungsregel
Aufgabe 4
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
Die Lösung lautet , da du hier jede Funktion für sich ableitest. In diesem Fall verwendest du hauptsächlich die Potenzregel.
Differenzregel
Ableitungsregel
Aufgabe 5
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
Die Lösung lautet , hier leitest du wieder die Funktionen einzeln ab und subtrahierst sie, wenn möglich anschließend.
Produktregel
Ableitungsregel
Aufgabe 6
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
Die Lösung lautet . Hier leitest du als Erstes den Faktor ab, welcher den ersten Term der Funktion darstellt. Den zweiten Faktor , in diesem Fall , lässt du hier noch unberührt und multiplizierst ihn mit dem ersten abgeleiteten Faktor . Im nächsten Schritt leitest du ab, wobei du hier nun unberührt lässt und ihn mit dem abgeleiteten Faktor multiplizierst. Jetzt kannst du die beiden Terme addieren und auflösen.
Nochmal zur Verdeutlichung:
1. Schritt
Erster und zweiter Term einzeln ableiten.
2. Schritt
Ergebnisse in die Produktregel einsetzen.
Hier kommt wieder die Potenzregel zum Einsatz.
Quotientenregel
Ableitungsregel
Aufgabe 7
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
Zuerst leitest du den Faktor ab, welcher sich im Zähler befindet und anschließend den Faktor , welcher den Nenner darstellt. Jetzt kannst du die Ergebnisse in die Funktion einsetzen.
Nochmal zur Verdeutlichung:
1. Schritt
Zähler und Nenner einzeln ableiten.
2. Schritt
Ergebnisse in die Quotientenregel einsetzen.
Kettenregel
Ableitungsregel
Aufgabe 8
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
Zuerst leitest du die äußere und innere Funktion einzeln ab. Dabei stellt die äußere Funktion und die innere Funktion dar. Als nächsten Schritt setzt du die Werte in die Kettenregel ein und leitest nach ihr ab.
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten.
Ableitung Potenzfunktion
Ableitungsregel
1. SchrittIm ersten Schritt schreibst du den Exponenten vor das x.2. SchrittIm zweiten Schritt verringerst du den Exponenten um 1.
Aufgabe 9
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt & 2. Schritt
Exponenten vor das x ziehen und um 1 verringern.
Ableitung Polynomfunktion
Eine Polynomfunktion besteht aus einer Summe von Potenzfunktionen mit natürlichen Hochzahlen. Das heißt, ein Polynom ist ein mehrgliedriger Term, wobei man zwischen dem linearen Polynom (Polynom 1. Grades), dem quadratischen Polynom (Polynom 2. Grades) und dem kubischen Polynom (Polynom 3. Grades) unterscheidet.
Um die Polynomfunktion abzuleiten, musst du auf die Potenzregel zurückgreifen. Hier ziehst du wie gewohnt die Exponenten vor die Koeffizienten und verringerst die Exponenten um 1. Beachte, dass dabei alle Konstanten zu 0 werden.
Aufgabe 10
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Potenzregel anwenden und konstante Terme wegstreichen.
Mehr zu den Ableitungsregeln findest du im dazugehörigen Artikel.
Besondere Ableitungen – Weitere Fälle mit Aufgaben und Lösungen
Da du dich nun mit den Ableitungsregeln vertraut gemacht hast, lernst du jetzt die besonderen Ableitungen kennen. Diese sind nicht nur mithilfe der Ableitungsregeln zu lösen, sie werden aber dennoch zur Anwendung kommen.
Ableitung Sinus
Ableitungsregel
Wenn in der Sinusfunktion nicht nur ein x als Argument vorhanden ist, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Aufgabe 11
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten. Hierzu verwenden wir die Formel der Kettenregel (siehe oben).
Ableitung Tangens
Ableitungsregel
Wenn bei der Tangensfunktion nicht nur ein x als Argument vorhanden ist, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Aufgabe 12
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Ableitung Cosinus
Ableitungsregel
Wenn bei der Kosinusfunktion nicht nur ein x als Argument vorhanden ist, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Aufgabe 13
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Der obige Term kann nicht vereinfacht werden.
Ableitung Wurzelfunktion
Ableitungsregel
Wenn bei der Wurzelfunktion nicht nur ein x als Argument vorhanden ist, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Aufgabe 14
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Aufgabe 15
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Die Wurzelfunktion lässt sich auch als Exponent darstellen. Daher kann man hier bei einfachen Wurzelfunktionen die Potenzregel anwenden.
Ableitung der e-Funktion
Ableitungsregel
Die e-Funktion, auch Exponentialfunktion genannt, entspricht dem Wert .
Die Ableitung der e-Funktion ist die e-Funktion. Wenn jedoch nicht nur ein x als Argument vorhanden ist, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Aufgabe 16
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Aufgabe 17
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Der obige Term kann nicht vereinfacht werden.
Ableitung Logarithmus
Ableitungsregel
Wenn bei der Logarithmusfunktion nicht nur ein x als Argument vorhanden ist, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Aufgabe 18
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Aufgabe 19
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.
2. Schritt
Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).
Ableitung Umkehrfunktion
Ableitungsregel
Die Umkehrfunktion einer Funktion ist die Funktion . Sie ordnet die Variablen einer Funktion umgekehrt zu.
Das heißt, du vertauschst den x-Wert und den y-Wert deiner Funktion. Dies bedeutet, dass du deinen Graphen an der Winkelhalbierenden des ersten und dritten Quadranten spiegelst.
Abbildung 1: Umkehrfunktion lineare Funktion
Aufgabe 20
Bilde die Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
Funktionsgleichung nach x auflösen.
2. Schritt
Die Variablen x und y vertauschen.
Die Umkehrfunktion der Funktion lautet also:
Wie du die Ableitung zur Umkehrfunktion genau berechnest, findest du im zugehörigen Artikel!
Partielle Ableitung
Bei Funktionen mit mehreren Variablen kommt die partielle Ableitung zum Einsatz. Hierbei stellt die partielle Ableitung der Funktion nach x die Ableitung von nach x dar, wenn y konstant bleibt. Wenn du nach y ableiten möchtest, muss x konstant bleiben. Die Ableitung nach x sagt aus, wie sich z verändern würde, wenn x verändert wird und y dabei konstant bleibt. Dementsprechend sagt die Ableitung nach y die Veränderung von z aus, wenn y verändert wird und x dabei konstant bleibt.
Ableitungsregel
Aufgabe 21
Bilde die partielle Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
y konstant halten und mithilfe der Potenzregel nach x ableiten.
y fällt dabei weg, da es als Konstante gilt. Siehe Summenregel
Aufgabe 22
Bilde die partielle Ableitung der Funktion:
Lösung
1. Schritt
x konstant halten und mithilfe der Potenzregel nach y ableiten.
Hier bleibt die Konstante x erhalten, da sie mit der Variable y multipliziert wird (siehe Faktorregel).
Besondere Ableitungen – Das Wichtigste
- Durch Ableitungen lassen sich Steigungen und Charakteristika von Funktionen darstellen.
- Mithilfe der Ableitungsregeln lassen sich Funktionen jeglicher Art ableiten.
- Die partielle Ableitung dient für die Ableitung von Funktionen mit mehreren Variablen.
- Für die Ableitungen von besonderen Funktionen verwendet man häufig die Kettenregel.
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Besondere Ableitungen
Wie kann man Wurzeln ableiten?
Bei einer einfachen Wurzelfunktion verwendet man zum Ableiten die Potenzregel. Wenn die Wurzelfunktion jedoch mehr als ein x als Argument besitzt, musst du auf die Kettenregel zurückgreifen.
Was ist die e-Funktion?
Die e-Funktion, auch Exponentialfunktion genannt, entspricht dem Wert e=2,7182.
Was ist eine Polynomfunktion?
Eine Polynomfunktion besteht aus einer Summe von Potenzfunktionen mit natürlichen Hochzahlen. Das heißt ein Polynom ist ein mehrgliedriger Term, wobei man zwischen dem linearen Polynom (Polynom 1. Grades), dem quadratischen Polynom (Polynom 2. Grades) und dem kubischen Polynom (Polynom 3. Grades) unterscheidet.
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