Mathematik verstehen Grundkompetenztraining 7, Arbeitsheft [Voransicht]

7 B Grundbegri ffe der Di fferent ialrechnung Differentialquotient als Tangentensteigung Der Differenzenquotient einer Funktion f in einem Intervall [x; z] ist gleich der Steigung der Sekante des Funktionsgraphen in diesem Intervall, d. h. gleich der Steigung der Geraden durch die Punkte X = (x 1 f(x)) und Z = (z 1 f(z)). Nähert sich z unbegrenzt der Stelle x, so nähert sich der Punkt Z unbegrenzt dem Punkt X und die Sekante nähert sich unbegrenzt einer „Grenzgeraden“ t. Die Steigung dieser „Grenzgeraden“ ist der Grenzwert der Sekantensteigungen: Steigung dieser „Grenzgeraden“ = ​lim z ¥ x ​​ f(z) – f(x) __ z – x ​= f’(x). ƒƒDie Gerade durch den Punkt X(x 1 f(x)) mit der Steigung f’(x) bezeichnet man als Tangente an den Graphen von f im Punkt X. ƒƒDie Steigung f’(x) dieser Tangente heißt auch Steigung der Funktion f an der Stelle x. Vorzeichen von f’(x) f’(x) > 0 f’(x) < 0 f’(x) = 0 ƒƒIst f’(x) > 0, so ist die Steigung der Tangente im Punkt (x 1 f(x)) positiv und die Tangente somit eine steigende Gerade. ƒƒIst f’(x) < 0, so ist die Steigung der Tangente im Punkt (x 1 f(x)) negativ und die Tangente somit eine fallende Gerade. ƒƒIst f’(x) = 0, so ist die Steigung der Tangente im Punkt (x 1 f(x)) gleich 0 und die Tangente somit parallel zur ersten Achse. Richtungsvektor der Tangente Der Vektor (1 1 f’(​x​ 0 )​) ist ein Richtungsvektor der Tangente an den Graphen im Punkt X0(x0 1 f(x0 )). Eine Parameterdarstellung dieser Tangente ist gegeben durch: t: X = ​ 2 ​ ​x​ 0​ f(x​ ​ 0 )​ ​ 3​+ s · ​ 2 ​ 1 f’(​x​ 0 ​) ​ 3 ​ Ableitungsfunktion Sei f: A ¥ R eine reelle Funktion, für die an jeder Stelle x0 * A der Differentialquotient f’(x0 ) existiert. Dann ist durch f’: x ¥ f’(x) wiederum eine Funktion definiert. ƒƒMan nennt f’ die Ableitungsfunktion von f (kurz die Ableitung von f). ƒƒDas Berechnen der Ableitungsfunktion nennt man Ableiten oder Differenzieren. Ableitungsregeln für Polynomfunktionen ƒƒAbleitung einer konstanten Funktion: f(x) = c w f’(x) = 0 (c * R) ƒƒPotenzregel für natürliche Exponenten: f(x) = xn w f’(x) = n · xn – 1 (n * N*) ƒƒRegel vom konstanten Faktor: f(x) = c · g(x) w f’(x) = c · g’(x) (c * R) ƒƒSummenregel: f(x) = g(x) + h(x) w f’(x) = g’(x) + h’(x) ƒƒAbleitung einer Polynomfunktion: f(x) = ​a​ nx​ ​ n​+ ​a​ n – 1​x​ n – 1 ​+ … + a​ ​ 1​x + ​a​ 0 ​ w f’(x) = n · ​a​ n​· ​x​ n – 1​+ (n – 1) · ​a​ n – 1​· ​x​ n – 2 ​+ … + a​ ​ 1​ f t z X z x f (x) x f f (x) x f (x) f x f (x) f Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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