Aufgabenbeispiele von Ketten- und Produktregel

Durch Aktualisieren des Browsers (z.B. mit Taste F5) kann man neue Beispielaufgaben sehen


Kettenregel ohne e-Fktn (BF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

f'(x)= 6( -x +2 ) · ( -1 +0 )

= 6( -x +2 ) · ( -1 )

= -6( -x +2 )

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (BF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= - 2 ( -2x +5 ) 2 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= - 2 ( -2x +5 ) 2

= -2 ( -2x +5 ) -2

=> f'(x) = 4 ( -2x +5 ) -3 · ( -2 +0 )

f'(x)= 4 ( -2x +5 ) 3 · ( -2 +0 )

= 4 ( -2x +5 ) 3 · ( -2 )

= - 8 ( -2x +5 ) 3

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (LF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 2 -2 x 3 +4 und vereinfache:

Lösung einblenden

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

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

=> f'(x) = -2 ( -2 x 3 +4 ) -2 · ( -6 x 2 +0 )

f'(x)= - 2 ( -2 x 3 +4 ) 2 · ( -6 x 2 +0 )

= - 2 ( -2 x 3 +4 ) 2 · ( -6 x 2 )

= 12 x 2 ( -2 x 3 +4 ) 2

Verkettung vorwärts

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Gezeichnet sind die Schaubilder von f (rote Kurve) und g (blaue Gerade).
Die Funktion h ist gegeben durch h(x)=g(f(x)).
Bestimme h(1).

Lösung einblenden

Wir können der Zeichnung rechts f(1) = -3 entnehmen.

Also gilt h(1) = g(f(1)) = g(-3)

g(-3) können wir auch wieder am (blauen) Graph ablesen:
h(1) = g(f(1)) = g(-3) = 2.

Verkettung rückwärts

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Gezeichnet sind die Schaubilder von f (rote Kurve) und g (blaue Gerade).
Die Funktion h ist gegeben durch h(x)=g(f(x)).
Bestimme ein x, so dass h(x) = 2 gilt.

Lösung einblenden

Wenn wir auf der y-Achse bei y = 2 waagrecht zur blauen Geraden von g gehen, erkennen wir den Punkt P mit P(2|2), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
2 = g(2)
Wegen 2 = h(x)= g(f(x))= g(2) gilt also f(x) = 2.

Wir müssen nun also nur noch nach einem der beiden Punkte auf dem (roten) Graph von f suchen, deren y-Werte =2 sind.

Diese erkennen wir bei Q1(2|2) und Q2(-2|2), also bei
x1 = 2 und x2 = -2

Verkettung von f und f' (ohne F)

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Gezeichnet ist der Graph von f (rote Kurve).
Bestimme f(f '(-1)).

Lösung einblenden

Wir können der Zeichnung rechts mit Hilfe der eingezeichneten Tangente f '(-1) = -2 entnehmen.

Wir suchen also f(f '(-1)) = f(-2).

f(-2) können wir aber auch wieder einfach am Schaubild ablesen
(an der y-Koordinate des roten Punkts):

f(f '(-1)) = f(-2) = 0.

Verkettung vorwärts

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Gezeichnet sind die Schaubilder von f (rote Kurve) und g (blaue Gerade).
Die Funktion h ist gegeben durch h(x)=g(f(x)).
Bestimme h(0).

Lösung einblenden

Wir können der Zeichnung rechts f(0) = 0 entnehmen.

Also gilt h(0) = g(f(0)) = g(0)

g(0) können wir auch wieder am (blauen) Graph ablesen:
h(0) = g(f(0)) = g(0) = -2.

nur Produktregel ohne e-Fktn

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= x 3 · sin( x ) und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= x 3 · sin( x )

f'(x)= 3 x 2 · sin( x ) + x 3 · cos( x )

= 3 x 2 · sin( x ) + x 3 · cos( x )

Ketten- und Produktregel (BF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= sin( x ) · -5x +4

= sin( x ) · ( -5x +4 ) 1 2

=> f'(x) = cos( x ) · ( -5x +4 ) 1 2 + sin( x ) · 1 2 ( -5x +4 ) - 1 2 · ( -5 +0 )

f'(x)= cos( x ) · -5x +4 + sin( x ) · 1 2 -5x +4 · ( -5 +0 )

= cos( x ) -5x +4 + sin( x ) · 1 2 -5x +4 · ( -5 )

= cos( x ) -5x +4 + sin( x ) · ( - 5 2 -5x +4 )

= cos( x ) -5x +4 - 5 2 sin( x ) -5x +4

Ketten- und Produktregel (LF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= x · cos( x 3 ) und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= x · cos( x 3 )

= x 1 2 · cos( x 3 )

=> f'(x) = 1 2 x - 1 2 · cos( x 3 ) + x 1 2 · ( - sin( x 3 ) · 3 x 2 )

f'(x)= 1 2 x · cos( x 3 ) + x · ( - sin( x 3 ) · 3 x 2 )

= 1 2 cos( x 3 ) x + x · ( -3 sin( x 3 ) x 2 )

= 1 2 cos( x 3 ) x -3 x sin( x 3 ) x 2

= 1 2 cos( x 3 ) x -3 ( x ) 5 · sin( x 3 )

waagrechte Tang. bei Verkettung

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Gegeben ist eine ganzrationale Funktion f mit f(x)= x 2 +2x -3
und der Graph einer Funktion g (in der Abblidung rechts).

Die Funktion h ist ein Produkt von f und g, also h(x) = f(x)⋅g(x).

Man kann ohne Kenntnis der Funktionsterms von g eine Stelle finden, an der der Graph der Funktion h eine waagrechte Tangent besitzt. Gib diese an.

Lösung einblenden

Wenn h(x) eine waagrechte Tangente haben soll, muss an dieser Stelle h'(x)=0 gelten. Wegen der Produktregel wissen wir, dass

h'(x) = f'(x)⋅g(x) + f(x)⋅g'(x) = ( 2x +2 )⋅g(x) + ( x 2 +2x -3 )⋅g'(x)

gilt.

Die wahrscheinlich einfachste Möglichkeit, dass dieser Term den Wert 0 hat, ist, wenn eben beide Summanden = 0 sind.

Wegen des Satzes vom Nullprodukt, betrachten wir nun alle Nullstellen der 4 Einzelterme:

Am Graph von g erkennen wir sofort, dass bei x = -1 sowohl eine Nullstelle als auch eine waagrechte Tangente vorliegt,
es gilt also: g(-1) = g'(-1) = 0.

Somit ist bei x = -1 in beiden Summanden der Produktregel eine Null als Faktor,
es gilt also h'(-1) = f'(-1)⋅g(-1) + f(-1)⋅g'(-1) = f'(-1)⋅0 + f(-1)⋅0 = 0.

Damit hat h an der Stelle x = -1 eine waagrechte Tangente.

Anzahl Nullstellen bei Verkettung

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Gegeben ist eine ganzrationale Funktion f mit f(x)= ( x -2 ) 3 und der Graph einer Funktion g (in der Abblidung rechts). Die Funktion h ist eine Verkettung von f und g mit h = f ∘ g.

Wie viele verschiedene Nullstellen hat die Funktion h im abgebildeten Bereich?

Lösung einblenden

Zuerst bestimmen wir die Nullstellen der Funktion f:

( x -2 ) 3 = 0 | 3
x -2 = 0
x -2 = 0 | +2
x = 2
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Das bedeutet, dass f(2)=0 gilt - und es kein weiteres x gibt mit f(x)=0.
Wir suchen ja aber die x, für die h(x)=f(g(x))= 0 ist.
Also müssen dies doch gerade die x-Werte sein, für die g(x) = 2 gilt, denn dann gilt ja f(g(x)) = f( 2) = 0.

Wir schauen also am abgebildeten Graph, wieviel Lösungen die Gleichung g(x) = 2 besitzt.

Man erkennt - notfalls durch Einzeichnen eine Geraden y = 2, dass dies gerade 3 Schnittstellen sind.

Das heißt, dass diese 3 x-Werte dieser Schnittstellen alle Lösungen von f(g(x)) = f( 2) = 0 und somit alle Nullstellen der verketteten Funktion h = f ∘ g sind.

waagrechte Tang. bei Verkettung

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Gegeben ist eine ganzrationale Funktion f mit f(x)= x 3 +2x +5
und der Graph einer Funktion g (in der Abblidung rechts).

Die Funktion h ist eine Verkettung von f und g mit h = f ∘ g.

Man kann ohne Kenntnis der Funktionsterms von g eine Stelle finden, an der der Graph der Funktion h eine waagrechte Tangent besitzt. Gib diese an.

Lösung einblenden

Wenn h(x) eine waagrechte Tangente haben soll, muss an dieser Stelle h'(x)=0 gelten. Wegen der Kettenregel wissen wir, dass für die Ableitung von h(x)=f(g(x)) gilt:
h'(x) = f'(g(x))⋅g'(x).

Am Graph von g erkennen wir schnell, dass die die Nullstellen von g bei x = 0 und bei x = 4 sind.
Der Extrempunkt des Graphs liegt bei x = 2, (also gilt g '(2) = 0).

Damit ist ja bereits ein Faktor des Kettenregelprodukts =0. Wenn wir also x = 2 in h'(x) einsetzen, erhalten wir:
h'(2) = f'(g(2))⋅g'(2) = f'(g(2))⋅0 = 0.

Damit hat h an der Stelle x = 2 eine waagrechte Tangente.