Elementare Funktionen
Elementare Funktionen
Exponentialfunktion
!AnaI LinA Ing Skript, p.47
Die Zahl
Eigenschaften der Exponentialfunktion
ist differenzierbar mit - Funktionalgleichung:
für alle . ist streng monoton wachsend, denn für alle . ist Bijektiv: Injektiv (da streng monoton wachsend) und surjektiv (wegen und und dem Zwischenwertsatz), also bijektiv und damit umkehrbar.
Logarithmus
Der natürliche Logarithmus ist die Umkehrfunktion der Exponentialfunktion und wird an der Winkelhalbierenden
!AnaI LinA Ing Skript, p.48
Eigenschaften des natürlichen Logarithmus
- Funktionalgleichung:
für alle für alle für alle für alle und ist streng monoton wachsend und und ist bijektiv für alle
Logarithmus zur Basis a
Für
Es ist per Definition
Für
Der Logarithmus zur Basis
also
Daher gelten für
, , , .
Allgemeine Potenzfunktion
Für
Dabei heißt a Basis und b Exponent. Das ergibt insbesondere zwei Funktionen:
- die allgemeine Potenz
, - die Potenzfunktion
.
Für die allgemeine Potenz gelten ähnliche Rechenregeln wie für die Exponentialfunktion.
Für reelles
ist stetig und beliebig oft differenzierbar, , , , , , , , , wobei , , wobei und , .
Für
Insbesondere gilt:
(1) Für
(2) Für
(3) Für
Für
Insbesondere ist
Für
Die Exponentialreihe konvergiert für alle komplexen Zahlen z:
wodurch die komplexe Exponentialfunktion
- Die Komplexe Exponentialfunktion ist nicht injektiv
Für
wobei
Mehr dazu in „Analysis III für Ingenieurwissenschaften“.
2025-06-19 AnaLinA learning
Elementare Funktionen
- Sinus und Cosinus sind also
periodisch - Tangens & Cotangens
Der Tangens ist
und ist in
- Tangens: !AnaI LinA Ing Skript, p.200
- Cotangens: !AnaI LinA Ing Skript, p.200
- Geometrische Interpretation: !AnaI LinA Ing Skript, p.201
- Ableitung Tangens
Arcusfunktionen
sind alles Winkelfunktionen und nicht injektiv. Sie sind aber periodisch. Innerhalb von Teilintervallen, genauer innerhalb der einzelnen Iterationen sind diese Funktionen hingegen Injektiv. zu diesen eingeschränkten Funktionen gibt es dann Umkehrfunktionen, die sogenannten Arkus-Funktionen. - Ein Teilintervall von Sinus, der injektiv ist (blau markiert): !AnaI LinA Ing Skript, p.201
- wenn man diese Sinus-Funktion an der winkelhalbierenden spiegelt erhält man die Umkehrfunktion:!200
- Sinus ist auf
streng monoton wachsend, also Injektiv. Die Umkehrfunktion heißt Arcussinus !AnaI LinA Ing Skript, p.202 - Cosinus ist auf
streng monoton fallend. Die Umkehrfunktion heißt Arcuscosinus!AnaI LinA Ing Skript, p.203 - Tangens ist auf
streng monoton wachsend, Die Umkehrfunktion heißt Arcustangens!AnaI LinA Ing Skript, p.203
Ableitungen der Arcusfunktionen
Im Inneren ihres jeweiligen Definitionsbereichs sind:
Hyperbolische Funktionen
Die Hyperbelfunktionen sind der Cosinus hyperbolicus
und der Sinus hyperbolicus
Für die hyperbolischen Funktionen gilt:
für alle . , . ist eine gerade Funktion: für alle . ist eine ungerade Funktion: für alle . - Es ist
bijektiv. Die Umkehrfunktion heißt Area Sinus hyperbolicus und erfüllt - Es ist
bijektiv. Die Umkehrfunktion heißt Area Cosinus hyperbolicus und erfüllt
Aus der Taylorreihe der Exponentialfunktion bekommen wir die Taylorreihen der hyperbolischen Funktionen:
Weiter kann man den Tangens hyperbolicus und Cotanges hyperbolicus definieren:
Der Tangens hyperbolicus ist eine bijektive Funktion von
Die Ableitungen der elementaren Funktionen
| f(x) | f'(x) | Bemerkungen |
|---|---|---|