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)= - cos( -3x +2 ) und vereinfache:

Lösung einblenden

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

f'(x)= sin( -3x +2 ) · ( -3 +0 )

= sin( -3x +2 ) · ( -3 )

= -3 sin( -3x +2 )

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (BF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 3 4( 3x -1 ) und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 3 4( 3x -1 )

= 3 4 ( 3x -1 ) -1

=> f'(x) = - 3 4 ( 3x -1 ) -2 · ( 3 +0 )

f'(x)= - 3 4 ( 3x -1 ) 2 · ( 3 +0 )

= - 3 4 ( 3x -1 ) 2 · ( 3 )

= - 9 4 ( 3x -1 ) 2

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (LF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 3 ( cos( x ) -5 ) 3 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 3 ( cos( x ) -5 ) 3

f'(x)= 9 ( cos( x ) -5 ) 2 · ( - sin( x ) +0 )

= 9 ( cos( x ) -5 ) 2 · ( - sin( x ) )

= -9 ( cos( x ) -5 ) 2 · sin( x )

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(3).

Lösung einblenden

Wir können der Zeichnung rechts f(3) = 0 entnehmen.

Also gilt h(3) = g(f(3)) = g(0)

g(0) können wir auch wieder am (blauen) Graph ablesen:
h(3) = g(f(3)) = g(0) = 1.

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) = 0 gilt.

Lösung einblenden

Wenn wir auf der y-Achse bei y = 0 waagrecht zur blauen Geraden von g gehen, erkennen wir den Punkt P mit P(1|0), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
0 = g(1)
Wegen 0 = h(x)= g(f(x))= g(1) gilt also f(x) = 1.

Wir müssen nun also nur noch nach einem der beiden Punkte auf dem (roten) Graph von f suchen, deren y-Werte =1 sind.

Diese erkennen wir bei Q1(-2|1) und Q2(2|1), 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 '(-2)).

Lösung einblenden

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

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

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

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

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(-1|-2), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
-2 = g(-1)
Wegen -2 = h(x)= g(f(x))= g(-1) gilt also f(x) = -1.

Wir müssen nun also nur noch nach einem der beiden Punkte auf dem (roten) Graph von f suchen, deren y-Werte =-1 sind.

Diese erkennen wir bei Q1(-2|-1) und Q2(0|-1), also bei
x1 = -2 und x2 = 0

nur Produktregel ohne e-Fktn

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 1 x 3 · sin( x ) und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 1 x 3 · sin( x )

= x -3 · sin( x )

=> f'(x) = -3 x -4 · sin( x ) + x -3 · cos( x )

f'(x)= - 3 x 4 · sin( x ) + 1 x 3 · cos( x )

= -3 sin( x ) x 4 + cos( x ) x 3

Ketten- und Produktregel (BF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= x · ( 2x +4 ) 2

= x 1 2 · ( 2x +4 ) 2

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

f'(x)= 1 2 x · ( 2x +4 ) 2 + x · ( 2( 2x +4 ) · ( 2 +0 ) )

= 1 2 ( 2x +4 ) 2 x + x · ( 2( 2x +4 ) · ( 2 ) )

= 1 2 ( 2x +4 ) 2 x + x · ( 4( 2x +4 ) )

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

Ketten- und Produktregel (LF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= ( x -1 ) · sin( 2x ) und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= ( x -1 ) · sin( 2x )

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

= sin( 2x ) + ( x -1 ) · 2 cos( 2x )

= sin( 2x ) +2 ( x -1 ) · cos( 2x )

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 -8x +16
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 -8 )⋅g(x) + ( x 2 -8x +16 )⋅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 schnell, dass die die Nullstellen von g bei x = -2 und bei x = 2 sind.
Der Extrempunkt des Graphs liegt bei x = 0, (also gilt g '(0) = 0).

Wenn wir nun noch die Null- und Extremstellen von f berechnen, finden wir vielleicht eine Stelle bei der beide Summanden der Produktregel =0 sind:

x 2 -8x +16 = 0

eingesetzt in die Mitternachtsformel (a-b-c-Formel):

x1,2 = +8 ± ( -8 ) 2 -4 · 1 · 16 21

x1,2 = +8 ± 64 -64 2

x1,2 = +8 ± 0 2

Da die Wurzel Null ist, gibt es nur eine Lösung:

x = 8 2 = 4

Theoretisch erkennen wir schon hier, dass an dieser doppelten Nullstelle auch ein Extrempunkt vorliegen muss, wir rechnen aber trotzdem noch mal nach:

Für die Ableitung von f mit f(x)= x 2 -8x +16 gilt: f'(x)= 2x -8 . Diese setzen wir = 0:

2x -8 = 0 | +8
2x = 8 |:2
x = 4

Es gilt also f(4) = f'(4) = 0, somit gilt h'(4) = f'(4)⋅g(4) + f(4)⋅g'(4) = 0⋅g(4) + 0⋅g'(4) = 0.

Somit hat h an der Stelle x =4 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 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 = 0 | 2
x = 0
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Das bedeutet, dass f(0)=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) = 0 gilt, denn dann gilt ja f(g(x)) = f( 0) = 0.

Wir schauen also am abgebildeten Graph, wieviel Lösungen die Gleichung g(x) = 0 besitzt.

Man erkennt - notfalls durch Einzeichnen eine Geraden y = 0, dass dies gerade 3 Schnittstellen sind.

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

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)= 2( x +1 ) 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:

2( x +1 ) = 0
2x +2 = 0 | -2
2x = -2 |:2
x = -1
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Das bedeutet, dass f(-1)=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) = -1 gilt, denn dann gilt ja f(g(x)) = f( -1) = 0.

Wir schauen also am abgebildeten Graph, wieviel Lösungen die Gleichung g(x) = -1 besitzt.

Man erkennt - notfalls durch Einzeichnen eine Geraden y = -1, dass dies gerade 2 Schnittstellen sind.

Das heißt, dass diese 2 x-Werte dieser Schnittstellen alle Lösungen von f(g(x)) = f( -1) = 0 und somit alle Nullstellen der verketteten Funktion h = f ∘ g sind.