Differenzierbarkeit
Differenzierbarkeit
Sei
heißt differenzierbar in , falls
existiert.
heißt differenzierbar auf , falls in allen differenzierbar ist. Dann heißt die Abbildung
die Ableitung von
Den Übergang von
- Auf gut deutsch: Stetigkeit und an der Stelle, an der die beiden funktionen aufeinander treffen ist die Steigung identisch
- Differenzierbarkeit impliziert Stetigkeit: Ist
in differenzierbar, so ist in stetig. Andersherum aber nicht (keine Äquivalenz)
Rechenregeln
- Linearität: $$ (f(x) + g(x))' = f'(x) + g'(x) $$
- Linearität: $$(cf(x))' = cf'(x) \quad \text{für alle } c \in \mathbb{R}.$$
- Produktregel: $$(f(x)g(x))' = f'(x)g(x) + f(x)g'(x).$$
- Quotientenregel: $$\left(\frac{f(x)}{g(x)}\right)' = \frac{f'(x)g(x) - f(x)g'(x)}{g(x)^2}, \quad \text{falls } g(x) \neq 0.$$Insbesondere $$\left(\frac{1}{g(x)}\right)' = -\frac{g'(x)}{g(x)^2}.$$
- Kettenregel: Ist
in differenzierbar und in differenzierbar, so gilt$$(f(g(x)))' = f'(g(x))g'(x).$$
Ableitung der Umkehrfunktion
Seien
- Die Differenzierbarkeit von
ist nicht ganz leicht zu zeigen
Nullstellen
Wähle einen Startwert
und bestimmen
Auflösen ergibt
Dabei setzen wir voraus, dass
Beispiel: Sei
Die Nullstellen sind
Ansatz:
Sei
schon die erste Nachkommastelle korrekt. Die weiteren Folgenglieder sind:
wobei korrekte Stellen rot markiert sind. Schon nach vier Schritten sind 15 Nachkommastellen korrekt berechnet.
Höhere Ableitungen
Ist
Wir definieren die
Die 0-te Ableitung ist die Funktion selbst,
- Geometrische Interpretation:
beschreibt die Krümmung des Funktionsgraphen von in . Punkte, in denen das Vorzeichen ändert, heißen Wendepunkte. - Physikalische Interpretation:
Die zweite Ableitung ist die Ableitung der Geschwindigkeit, also die Beschleunigung, d. h.
: Weg
: Geschwindigkeit
: Beschleunigung
- nicht jede differenzierbare Funktion ist auch zweimal differenzierbar
Regel von Bernoulli / de L'Hospital
Seien
Weiter gelte$$ \lim_{x \to b} f(x) = \lim_{x \to b} g(x) = 0 \quad \text{oder} \quad \lim_{x \to b} g(x) \in {-\infty, \infty}. $$
Falls$$ \lim_{x \to b} \frac{f'(x)}{g'(x)} \in \mathbb{R} \cup {-\infty, \infty} $$
existiert (und
Gleiches gilt für Grenzwerte
- Es kommt vor, dass man den Grenzwert$$ \lim_{x \to b} \frac{f'(x)}{g'(x)} $$auch erst mit der Regel von l'Hospital berechnet, die Regel also mehrfach anwendet.
- Bei Grenzwerten „
“ kann man oft umformen und anschließend die Regel von l'Hospital anwenden:$$ f(x)g(x) = \frac{f(x)}{\frac{1}{g(x)}}. $$
- Die Exponentialfunktion wächst schneller als jede Potenz