Mathematik verstehen 7, Schulbuch

144 7 erwei terung der Di fferent ialrechnung 7. 2 Weitere aBleitungsregeln Die Produktregel Die Funktion f mit f(x) = x · sin x ist von der Form f(x) = u(x) · v(x) mit u(x) = x und v(x) = sin x. Im Folgenden leiten wir eine Ableitungsregel für solche Funktionen her. satz (Produktregel) f(x) = u(x) · v(x) w f’(x) = u’(x) · v(x) + u(x) · v’(x) Kurz: f = u · v w f’ = u’v + uv’ Merke Ableitung eines Produkts = erster Faktor differenziert mal zweiter Faktor unverändert + erster Faktor unverändert mal zweiter Faktor differenziert Beweis der regel : ​ f(z) – f(x) __ z – x ​= ​ u(z) · v(z) – u(x) · v(x) ___ z – x ​ Wir fügen im Zähler –u(x)v(z) + u(x)v(z) (also 0) als Summand ein: ​ f(z) – f(x) __ z – x ​ = ​ u(z) · v(z) – u(x) · v(z) + u(x) · v(z) – u(x) · v(x) _______ z – x ​= ​ [u(z) – u(x)] · v(z) + u(x) · [v(z) – v(x)] ______ z – x ​= = ​ u(z) – u(x) __ z – x ​· v(z) + u(x) · ​ v(z) – v(x) __ z – x ​ f’(x) = ​lim z ¥ x​ ​​ f(z) – f(x) __ z – x ​= u’(x) · v(x) + u(x) · v’(x)  7. 25 Gegeben ist die Funktion f mit f(x) = x · sin(x). Ermittle f’(x)! lösung: f’(x) = 1 · sin(x) + x · cos(x) = sin(x) + x · cos(x) aufgaBen 7. 26 Ermittle f’(x)! a) f(x) = ​x​ 2​· sin(x) b) f(x) = ​e​ x​· cos(x) c) f(x) = ​x​ 2​· ​e​ x​ d) f(x) = 3x · ​2​ x​ Die Quotientenregel Die Funktion f mit f(x) = ​ ​x​ 2​ _ x + 1 (mit x ≠ –1) ist von der Form f(x) = u(x) _ v(x)​mit u(x) = ​x​ 2​und v(x) = x + 1. Im Folgenden leiten wir eine Ableitungsregel für solche Funktionen her. satz (Quotientenregel) f(x) = ​ u(x) _ v(x) ​ w f’(x) = ​ u’(x) · v(x) – u(x) · v’(x) ____ ​[v(x)]​ 2​ ​ Kurz: f = ​ u _ v ​ w f’ = ​ u’v – uv’ __ ​v​ 2​ ​ Beweis : ​ f(z) – f(x) __ z – x ​= ​ ​ u(z) _ v(z) ​– ​ u(x) _ v(x)​ __ z – x ​= ​ u(z)v(x) – v(z)u(x) ___ (z – x) · v(z) · v(x)​ Wir fügen im Zähler –u(x)v(x) + u(x)v(x) (also 0) als Summand ein: ​ f(z) – f(x) __ z – x ​ = ​ u(z)v(x) – u(x)v(x) + u(x)v(x) – v(z)u(x) ______ (z – x)v(z)v(x) ​= ​ [u(z) – u(x)] · v(x) – u(x) · [v(z) – v(x)] ______ (z – x)v(z)v(x) ​= = ​ 1 __ v(z)v(x)​· ​ 4 ​ u(z) – u(x) __ z – x ​· v(x) – u(x) · ​ v(z) – v(x) __ z – x ​ 5​ f’(x) = ​lim z ¥ x​​ ​ f(z) – f(x) __ z – x ​= ​ 1 __ v(x)v(x) ​· [u’(x) · v(x) – u(x) · v’(x)] = ​ u’(x)v(x) – u(x)v’(x) ___ [v(x)]2 ​  L L L Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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