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Ableiten (ganzrational)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

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

Ableiten an einem Punkt (nur ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= -3 x 5 +4 und gib die Steigung von f an der Stelle x=1 an:

Lösung einblenden

f(x)= -3 x 5 +4

=>f'(x)= -15 x 4 +0

= -15 x 4

f'(1) = -15 1 4 = -151 = -15

Ableiten nach Umformung

Beispiel:

Forme zuerst um. Berechne dann die Ableitung von f mit f(x)= ( 4 x 4 +3 ) · x 3 .

Lösung einblenden

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

f(x)= ( 4 x 4 +3 ) · x 3

= 4 x 4 · x 3 + 3 · x 3

= 4 x 7 +3 x 3

Jetzt wird abgeleitet:

f'(x)= 28 x 6 +9 x 2

Ableiten mit vorher vereinfachen

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 1 + ( x -6 ) · ( -3 x 3 ) +5 x 4 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)= 1 + ( x -6 ) · ( -3 x 3 ) +5 x 4

= 1 + ( -3 x 4 +18 x 3 ) +5 x 4

= -3 x 4 +5 x 4 +18 x 3 +1

= 2 x 4 +18 x 3 +1

f'(x)= 8 x 3 +54 x 2

Ableiten ganzrational mit Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

f'(x)= -4 t 2 x 3 +2 t x 2 +2x

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

Beispiel:

Bestimme alle Stellen, an denen die Ableitung der Funktion f mit f(x)= 1 3 x 3 -9x 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 3 x 3 -9x

f'(x)= x 2 -9

Diese Ableitung muss ja = 0 sein, also setzen wir x 2 -9 = 0.

x 2 -9 = 0 | +9
x 2 = 9 | 2
x1 = - 9 = -3
x2 = 9 = 3

L={ -3 ; 3 }

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

f '( -3 ) = ( -3 ) 2 -9 = 0

f '( 3 ) = 3 2 -9 = 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 + 1 2 x 2 -14x parallel zur Geraden y = -2x +4 ist.

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

Lösung einblenden

Die Gerade y = -2x +4 hat als Steigung m = -2 und als y-Achsenabschnitt c = 4 .

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 = -2 gelten.

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

f(x)= 1 3 x 3 + 1 2 x 2 -14x

f'(x)= x 2 + x -14

Diese Ableitung muss ja = -2 sein, also setzen wir x 2 + x -14 = -2.

x 2 + x -14 = -2 | +2

x 2 + x -12 = 0

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

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

x1,2 = -1 ± 1 2 -4 · 1 · ( -12 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +48 2

x1,2 = -1 ± 49 2

x1 = -1 + 49 2 = -1 +7 2 = 6 2 = 3

x2 = -1 - 49 2 = -1 -7 2 = -8 2 = -4

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 = ( 1 2 ) 2 - ( -12 ) = 1 4 + 12 = 1 4 + 48 4 = 49 4

x1,2 = - 1 2 ± 49 4

x1 = - 1 2 - 7 2 = - 8 2 = -4

x2 = - 1 2 + 7 2 = 6 2 = 3

L={ -4 ; 3 }

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

f '( -4 ) = ( -4 ) 2 -4 -14 = -2

f '( 3 ) = 3 2 +3 -14 = -2

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

Beispiel:

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

= 4x +16 + ( 1 3 x 3 + x 2 ) -5x

= 1 3 x 3 + x 2 +4x -5x +16

= 1 3 x 3 + x 2 - x +16

Die Gerade y = -2x -1 hat als Steigung m = -2 und als y-Achsenabschnitt c = -1 .

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 = -2 gelten.

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

f(x)= 1 3 x 3 + x 2 - x +16

f'(x)= x 2 +2x -1 +0

= x 2 +2x -1

Diese Ableitung muss ja = -2 sein, also setzen wir x 2 +2x -1 +0 = -2.

x 2 +2x -1 = -2 | +2

x 2 +2x +1 = 0

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

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

x1,2 = -2 ± 2 2 -4 · 1 · 1 21

x1,2 = -2 ± 4 -4 2

x1,2 = -2 ± 0 2

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

x = -2 2 = -1

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 = 1 2 - 1 = 1 - 1 = 0

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

x = -1 ± 0 = -1

L={ -1 }

-1 ist 2-fache Lösung!

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

f '( -1 ) = ( -1 ) 2 +2( -1 ) -1 +0 = -2

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 3 im Punkt (1|f(1)) den Wert -13?

Lösung einblenden

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

=>f'(x)= -4 x 3 +3 t x 2

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

= -4 1 3 +3 t 1 2
= -4 +3 t

Dieser Wert soll ja den Wert -13 besitzen, also gilt:

3t -4 = -13 | +4
3t = -9 |:3
t = -3