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Ableiten (ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 1 4 x 4 -5 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 1 4 x 4 -5

f'(x)= x 3 +0

= x 3

Ableiten an einem Punkt (nur ganzrational)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 5 x 3 +2x und gib die Steigung von f an der Stelle x=2 an:

Lösung einblenden

f(x)= 5 x 3 +2x

=>f'(x)= 15 x 2 +2

f'(2) = 15 2 2 +2 = 154 +2 = 60 +2 = 62

Ableiten nach Umformung

Beispiel:

Forme zuerst um. Berechne dann die Ableitung von f mit f(x)= 4 x 4 -2x x .

Lösung einblenden

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

f(x)= 4 x 4 -2x x

= 4 x 4 x + -2x x

= 4 x 3 -2

Jetzt wird abgeleitet:

f'(x)= 12 x 2

Ableiten mit vorher vereinfachen

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 3 x 4 + ( x -1 ) · ( -7x +2 ) 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)= 3 x 4 + ( x -1 ) · ( -7x +2 )

= 3 x 4 + ( -7 x 2 +9x -2 )

f'(x)= 12 x 3 -14x +9

Ableiten ganzrational mit Parameter

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

f'(x)= -6 x 2 -2 t 2 x +2 t 2

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 +2 x 2 +5x parallel zur Geraden y = x +4 ist.

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

Lösung einblenden

Die Gerade y = x +4 hat als Steigung m = 1 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 = 1 gelten.

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

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

f'(x)= x 2 +4x +5

Diese Ableitung muss ja = 1 sein, also setzen wir x 2 +4x +5 = 1.

x 2 +4x +5 = 1 | -1

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 ) +5 = 1

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

Beispiel:

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

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

= 1 3 x 3 + 1 2 x 2 -7x +4

Die Gerade y = -x -5 hat als Steigung m = -1 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 = -1 gelten.

Zuerst leiten wir mal f(x) ab:

f(x)= 1 3 x 3 + 1 2 x 2 -7x +4

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

= x 2 + x -7

Diese Ableitung muss ja = -1 sein, also setzen wir x 2 + x -7 +0 = -1.

x 2 + x -7 = -1 | +1

x 2 + x -6 = 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 · ( -6 ) 21

x1,2 = -1 ± 1 +24 2

x1,2 = -1 ± 25 2

x1 = -1 + 25 2 = -1 +5 2 = 4 2 = 2

x2 = -1 - 25 2 = -1 -5 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 = ( 1 2 ) 2 - ( -6 ) = 1 4 + 6 = 1 4 + 24 4 = 25 4

x1,2 = - 1 2 ± 25 4

x1 = - 1 2 - 5 2 = - 6 2 = -3

x2 = - 1 2 + 5 2 = 4 2 = 2

L={ -3 ; 2 }

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

f '( -3 ) = ( -3 ) 2 -3 -7 +0 = -1

f '( 2 ) = 2 2 +2 -7 +0 = -1

Ableiten an einem Punkt mit Parameter

Beispiel:

Für welches t hat die Steigung der Tangente an den Graph von f mit f(x)= t x 2 +4x im Punkt (-2|f(-2)) den Wert 24?

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f(x)= t x 2 +4x

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

Jetzt setzen wir x = -2 in die Ableitungsfunktion f' ein:

= 2 t ( -2 ) +4
= -4 t +4

Dieser Wert soll ja den Wert 24 besitzen, also gilt:

-4t +4 = 24 | -4
-4t = 20 |:(-4 )
t = -5