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Ableiten (ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 2 x 4 +4x und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 2 x 4 +4x

f'(x)= 8 x 3 +4

Ableiten an einem Punkt (nur ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= - x 5 +4 x 3 und gib die Steigung von f an der Stelle x=0 an:

Lösung einblenden

f(x)= - x 5 +4 x 3

=>f'(x)= -5 x 4 +12 x 2

f'(0) = -5 0 4 +12 0 2 = -50 +120 = 0

Ableiten nach Umformung

Beispiel:

Forme zuerst um. Berechne dann die Ableitung von f mit f(x)= ( -5 x 2 -3x ) · x 3 .

Lösung einblenden

Zuerst formen wir den Funktionsterm so um, dass man ihn leicht ableiten kann:

f(x)= ( -5 x 2 -3x ) · x 3

= -5 x 2 · x 3 -3x · x 3

= -5 x 5 -3 x 4

Jetzt wird abgeleitet:

f'(x)= -25 x 4 -12 x 3

Ableiten mit vorher vereinfachen

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= -5x +8 x 3 + ( x -3 ) · ( -5x ) und vereinfache:

Lösung einblenden

Als erstes sollten wir den Term mal vereinfachen, damit er sich danach viel einfacher ableiten lässt.
Dazu multiplizieren wir als erstes das Produkt aus:

f(x)= -5x +8 x 3 + ( x -3 ) · ( -5x )

= -5x +8 x 3 + ( -5 x 2 +15x )

= 8 x 3 -5 x 2 -5x +15x

= 8 x 3 -5 x 2 +10x

f'(x)= 24 x 2 -10x +10

Ableiten ganzrational mit Parameter

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 3 4 x 4 +4 t 2 x 2 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 3 4 x 4 +4 t 2 x 2

f'(x)= 3 x 3 +8 t 2 x

Stelle mit f'(x)=c finden (algebr.)

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Ableitung der Funktion f mit f(x)= 1 2 x 2 +2x den Wert 0 hat, also dass f '(x) = 0 gilt.

Falls mehrere Lösungen existieren, diese bitte mit Semikolon (;) trennen.

Lösung einblenden

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

f(x)= 1 2 x 2 +2x

f'(x)= x +2

Diese Ableitung muss ja = 0 sein, also setzen wir x +2 = 0.

x +2 = 0 | -2
x = -2

L={ -2 }

Zur Probe, ob wir uns verrechnet haben, können wir die Lösung(en) jetzt in die Ableitung einsetzen:

f '( -2 ) = -2 +2 = 0

Stelle mit gleichem m wie best. Gerade

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangente an den Graph der Funktion f mit f(x)= 1 3 x 3 +2 x 2 parallel zur Geraden y = -3x +5 ist.

Falls mehrere Lösungen existieren, diese bitte mit Semikolon (;) trennen.

Lösung einblenden

Die Gerade y = -3x +5 hat als Steigung m = -3 und als y-Achsenabschnitt c = 5 .

Wenn nun an einer Stelle x die Tangente an den Graph von f parallel zur gegebenen Geraden sein soll, müssen ihre Steigungen gleich sein.
Es muss also f '(x) = m = -3 gelten.

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

f(x)= 1 3 x 3 +2 x 2

f'(x)= x 2 +4x

Diese Ableitung muss ja = -3 sein, also setzen wir x 2 +4x = -3.

x 2 +4x = -3 | +3

x 2 +4x +3 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · 3 21

x1,2 = -4 ± 16 -12 2

x1,2 = -4 ± 4 2

x1 = -4 + 4 2 = -4 +2 2 = -2 2 = -1

x2 = -4 - 4 2 = -4 -2 2 = -6 2 = -3

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = 2 2 - 3 = 4 - 3 = 1

x1,2 = -2 ± 1

x1 = -2 - 1 = -3

x2 = -2 + 1 = -1

L={ -3 ; -1 }

Zur Probe, ob wir uns verrechnet haben, können wir die Lösung(en) jetzt in die Ableitung einsetzen:

f '( -3 ) = ( -3 ) 2 +4( -3 ) = -3

f '( -1 ) = ( -1 ) 2 +4( -1 ) = -3

Stelle mit f'(x)=c finden (komplexer)

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Tangente an den Graph der Funktion f mit f(x)= 5( x +4 ) + 1 3 x 2 · ( x +6 ) +2x parallel zur Geraden y = 3x -5 ist.

Falls mehrere Lösungen existieren, diese bitte mit Semikolon (;) trennen.

Lösung einblenden

Um die Funktion später einfach ableiten zu können, sollten wir sie erstmal vereinfachen:

f(x) = 5( x +4 ) + 1 3 x 2 · ( x +6 ) +2x

= 5x +20 + ( 1 3 x 3 +2 x 2 ) +2x

= 1 3 x 3 +2 x 2 +5x +2x +20

= 1 3 x 3 +2 x 2 +7x +20

Die Gerade y = 3x -5 hat als Steigung m = 3 und als y-Achsenabschnitt c = -5 .

Wenn nun an einer Stelle x die Tangente an den Graph von f parallel zur gegebenen Geraden sein soll, müssen ihre Steigungen gleich sein.
Es muss also f '(x) = m = 3 gelten.

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

f(x)= 1 3 x 3 +2 x 2 +7x +20

f'(x)= x 2 +4x +7 +0

= x 2 +4x +7

Diese Ableitung muss ja = 3 sein, also setzen wir x 2 +4x +7 +0 = 3.

x 2 +4x +7 = 3 | -3

x 2 +4x +4 = 0

Lösen mit der a-b-c-Formel (Mitternachtsformel):

eingesetzt in x1,2 = - b ± b 2 -4a · c 2a ergibt:

x1,2 = -4 ± 4 2 -4 · 1 · 4 21

x1,2 = -4 ± 16 -16 2

x1,2 = -4 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = -4 2 = -2

Lösen mit der p-q-Formel (x² + px + q = 0):

vor dem Einsetzen in x1,2 = - p 2 ± ( p 2 ) 2 - q
berechnen wir zuerst die Diskriminante D = ( p 2 ) 2 - q :

D = 2 2 - 4 = 4 - 4 = 0

Da die Diskriminante D = 0 ist, hat die quadratische Gleichung nur eine Lösunng.

x = -2 ± 0 = -2

L={ -2 }

-2 ist 2-fache Lösung!

Zur Probe, ob wir uns verrechnet haben, können wir die Lösung(en) jetzt in die Ableitung einsetzen:

f '( -2 ) = ( -2 ) 2 +4( -2 ) +7 +0 = 3

Ableiten an einem Punkt mit Parameter

Beispiel:

Für welches t hat die Steigung der Tangente an den Graph von f mit f(x)= x 4 + t x im Punkt (-1|f(-1)) den Wert -8?

Lösung einblenden

f(x)= x 4 + t x

=>f'(x)= 4 x 3 + t

Jetzt setzen wir x = -1 in die Ableitungsfunktion f' ein:

= 4 ( -1 ) 3 + t
= -4 + t

Dieser Wert soll ja den Wert -8 besitzen, also gilt:

t -4 = -8 | +4
t = -4