Besondere Ableitungen

In diesem Artikel lernst du die wichtigsten Ableitungen kennen und wirst anhand von Beispielaufgaben zum richtigen Ergebnis geführt. Ableiten (auch Differenzieren genannt) ist ein wichtiger Bestandteil der Analysis und notwendig für die Kurvendiskussion. Durch die Differentialrechnung kannst du das Steigungsverhalten einer Funktion f(x) bzw. eines Graphen erfassen und ihn so charakterisieren.

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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.

    FunktionAbleitung
    Ableitung einer konstanten Funktionf(x)=Cf'(x)=0
    Ableitung einer linearen Funktionf(x)=xf'(x)=1
    Potenzregelf(x)=xnf'(x)=n·xn-1
    Faktorregelf(x)=c·g(x)f'(x)=c·g'(x)
    Summenregelf(x)=h(x)+g(x) f'(x)=h'(x)+g'(x)
    Differenzregelf(x)=g(x)-h(x)f'(x)=g'(x)-h'(x)
    Produktregelf(x)=g(x)·h(x) f'(x)=g'(x)·h(x)+g(x)·h'(x)
    Quotientenregelf(x)=g(x)h(x)f'(x)=h(x)·g'(x)-g(x)·h'(x)(h(x))2
    Kettenregelf(x)=g(h(x))f'(x)=g'(h(x))·h'(x)

    Ableitung berechnen Fälle mit Aufgaben und Lösungen

    Im Folgenden bekommst du für die jeweiligen Ableitungsregeln zusätzlich Beispiele.

    Ableitung einer konstanten Funktion

    Ableitungsregel

    f(x)=C f'(x)=0

    Aufgabe 1

    Bilde die Ableitung der konstanten Funktion:

    f(x)=10

    Lösung

    Die Lösung lautet 0, da die Ableitung einer Konstanten gleich 0 beträgt.

    f'(x)=0

    Ableitung einer linearen Funktion

    Ableitungsregel

    f(x)=x f'(x)=1

    Aufgabe 2

    Bilde die Ableitung der linearen Funktion:

    f(x) = x - 10

    Lösung

    Die Lösung lautet 1, da die Ableitung der konstanten Funktion 1 beträgt und für die Konstante -10 lautet die Ableitung 0.

    f'(x) = 1

    Faktorregel

    Ableitungsregel

    f(x)=c·g(x) f'(x)=c·g'(x)

    Aufgabe 3

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=5·x4

    Lösung

    Die Lösung lautet 5·(4·x4-1), da hier der konstante Faktor beim Ableiten unverändert bleibt (in diesem Fall 5). Sonst leitest du wie gewohnt nach der Potenzregel ab.

    f'(x)=5·(4·x3)

    f'(x)=20·x3

    Summenregel

    Ableitungsregel

    f(x)=g(x)+h(x) f'(x)=g'(x)+h'(x)

    Aufgabe 4

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=x2+x

    Lösung

    Die Lösung lautet 2x2-1+1, da du hier jede Funktion für sich ableitest. In diesem Fall verwendest du hauptsächlich die Potenzregel.

    f'(x)=2x+1

    Differenzregel

    Ableitungsregel

    f(x)=g(x)-h(x) f'(x)=g'(x)-h'(x)

    Aufgabe 5

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=4x5-x7

    Lösung

    Die Lösung lautet 4·5·x5-1-7·x7-1, hier leitest du wieder die Funktionen einzeln ab und subtrahierst sie, wenn möglich anschließend.

    f'(x)=20·x4-7·x6

    Produktregel

    Ableitungsregel

    f(x)=g(x)·h(x) f'(x)=g'(x)·h(x)+g(x)·h'(x)

    Aufgabe 6

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=x3·x4

    Lösung

    Die Lösung lautet 3·x2·x4+x3·4x3. Hier leitest du als Erstes den Faktor g(x) ab, welcher den ersten Term der Funktion darstellt. Den zweiten Faktor h(x), in diesem Fall x4, lässt du hier noch unberührt und multiplizierst ihn mit dem ersten abgeleiteten Faktor g'(x). Im nächsten Schritt leitest du h(x) ab, wobei du hier nun g(x) unberührt lässt und ihn mit dem abgeleiteten Faktor h'(x) multiplizierst. Jetzt kannst du die beiden Terme addieren und auflösen.

    Nochmal zur Verdeutlichung:

    1. Schritt

    Erster und zweiter Term einzeln ableiten.

    g(x)=x3g'(x)=3x2 h(x)=x4h'(x)=4x3

    2. Schritt

    Ergebnisse in die Produktregel einsetzen.

    f'(x)=3·x2·x4+x3·4x3f'(x)=3·x6+4·x6f'(x)=7·x6

    Hier kommt wieder die Potenzregel zum Einsatz.

    Quotientenregel

    Ableitungsregel

    f(x)=g(x)h(x) f'(x)=h(x)·g'(x)-g(x)·h'(x)(h(x))2

    Aufgabe 7

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=x3x4

    Lösung

    Zuerst leitest du den Faktor g(x) ab, welcher sich im Zähler befindet und anschließend den Faktor h(x) , welcher den Nenner darstellt. Jetzt kannst du die Ergebnisse in die Funktion f(x) einsetzen.

    Nochmal zur Verdeutlichung:

    1. Schritt

    Zähler und Nenner einzeln ableiten.

    g(x)=x3g'(x)=3x2 h(x)=x4h'(x)=4x3

    2. Schritt

    Ergebnisse in die Quotientenregel einsetzen.

    f'(x)=x4·3x2-x3·4x3(x4)2f'(x)=3x6-4x6x8f'(x)=-1x6x8f'(x)=-x-2

    Kettenregel

    Ableitungsregel

    f(x)=g(h(x)) f'(x)=g'(h(x))·h'(x)

    Aufgabe 8

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=(x3+4)2

    Lösung

    Zuerst leitest du die äußere und innere Funktion einzeln ab. Dabei stellt g(x) die äußere Funktion und h(x) 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.

    g(x)=x2g'(x)=2x h(x)=x3+4h'(x)=3x2

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten.

    f'(x)=2·(x3+4)·3x2f'(x)=6x2·(x3+4)

    Ableitung Potenzfunktion

    Ableitungsregel

    f(x)=xn f'(x)=n·xn-1

    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:

    f(x)=x7

    Lösung

    1. Schritt & 2. Schritt

    Exponenten vor das x ziehen und um 1 verringern.

    f'(x)=7x7-1=7x6

    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:

    f(x)=4x3+7x2+5x+2

    Lösung

    1. Schritt

    Potenzregel anwenden und konstante Terme wegstreichen.

    f'(x)=12x2+14x+5

    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

    f(x)=sinx f'(x)=cosx

    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:

    f(x)=sin2x

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=sinxg'(x)=cosx h(x)=2xh'(x)=2

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten. Hierzu verwenden wir die Formel der Kettenregel (siehe oben).

    f'(x)=cos2x·2f'(x)=2cos2x

    Ableitung Tangens

    Ableitungsregel

    f(x)=tanx f'(x)=1cos2x

    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:

    f(x)=tan2x

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=tanxg'(x)=1cos2x h(x)=2xh'(x)=2

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=1cos22x·2=2cos22x

    Ableitung Cosinus

    Ableitungsregel

    f(x)=cosx f'(x)=-sinx

    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:

    f(x)=cosx3+x2

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=cosxg'(x)=-sinx h(x)=x3+x2h'(x)=3x2+2x

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=-sinx3+x2·(3x2+2x)

    Der obige Term kann nicht vereinfacht werden.

    Ableitung Wurzelfunktion

    Ableitungsregel

    f(x)=x f'(x)=12x

    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:

    f(x)=2x

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=xg'(x)=12x h(x)=2xh'(x)=2

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=122x·2=12x

    Aufgabe 15

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=x3+x2

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=xg'(x)=12x h(x)=x3+x2h'(x)=3x2+2x

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=12x3+x2·3x2+2x=3x2+2x2x3+x2

    xn=x1n 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 e2,7182.

    f(x)=exf'(x)=ex

    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:

    f(x)=e2x

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=exg'(x)=ex h(x)=2xh'(x)=2

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=e2x·2=2e2x

    Aufgabe 17

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=ex3+x2

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=exg'(x)=ex h(x)=x3+x2h'(x)=3x2+2x

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=ex3+x2·(3x2+2x)

    Der obige Term kann nicht vereinfacht werden.

    Ableitung Logarithmus

    Ableitungsregel

    f(x)=lnx f'(x)=1x

    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:

    f(x)=ln2x

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=lnxg'(x)=1x h(x)=2xh'(x)=2

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=12x·2=1x

    Aufgabe 19

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=lnx3+x2

    Lösung

    1. Schritt

    Äußere und innere Funktion einzeln ableiten.

    g(x)=lnxg'(x)=1x h(x)=x3+x2h'(x)=3x2+2x

    2. Schritt

    Verkettete Funktion ableiten (Kettenregel).

    f'(x)=1x3+x2·(3x2+2x)=3x2+2xx3+x2

    Ableitung Umkehrfunktion

    Ableitungsregel

    (f-1)'(x)=1f'(f-1(x))

    Die Umkehrfunktion einer Funktion f ist die Funktion f-1. 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.

    Wichtige Ableitungen Umkehrfunktion StudySmarter

    Abbildung 1: Umkehrfunktion lineare Funktion

    Aufgabe 20

    Bilde die Ableitung der Funktion:

    f(x)=0,25x+2

    Lösung

    1. Schritt

    Funktionsgleichung nach x auflösen.

    y=0,25x+2 -2y-2=0,25x ·44y-8=x

    2. Schritt

    Die Variablen x und y vertauschen.

    4x-8=yy=4x-8

    Die Umkehrfunktion f-1(x) der Funktion f(x)=0,25x+2 lautet also:

    f-1(x)=4x-8

    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 z=f(x,y) nach x die Ableitung von z=f(x,y) nach x dar, wenn y konstant bleibt. Wenn du z=f(x,y) 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

    zx=f(x,y)x=z'x=f'x(x,y)=f'1(x,y)zy=f(x,y)y=z'y=f'y(x,y)=f'2(x,y)

    Aufgabe 21

    Bilde die partielle Ableitung der Funktion:

    f(x,y)=x4+2y2zx=f'(x,y)

    Lösung

    1. Schritt

    y konstant halten und mithilfe der Potenzregel nach x ableiten.

    f'x(x,y)=4x3

    y fällt dabei weg, da es als Konstante gilt. Siehe Summenregel

    Aufgabe 22

    Bilde die partielle Ableitung der Funktion:

    f(x)=2x3·y2

    zy=f'(x,y)

    Lösung

    1. Schritt

    x konstant halten und mithilfe der Potenzregel nach y ableiten.

    f'y(x,y)=4x3·y

    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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