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)= 1 2 ( 1 2 x +2 ) 3 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= 1 2 ( 1 2 x +2 ) 3

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

= 3 2 ( 1 2 x +2 ) 2 · ( 1 2 )

= 3 4 ( 1 2 x +2 ) 2

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (BF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= 1 2 - 3 4 x +3 und vereinfache:

Lösung einblenden

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

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

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

f'(x)= 1 4 - 3 4 x +3 · ( - 3 4 +0 )

= 1 4 - 3 4 x +3 · ( - 3 4 )

= - 3 16 - 3 4 x +3

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (LF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

f'(x)= 6( sin( x ) +2 ) · ( cos( x ) +0 )

= 6( sin( x ) +2 ) · ( cos( x ) )

= 6 ( sin( x ) +2 ) · cos( 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(2).

Lösung einblenden

Wir können der Zeichnung rechts f(2) = 1 entnehmen.

Also gilt h(2) = g(f(2)) = g(1)

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

Lösung einblenden

Wenn wir auf der y-Achse bei y = 1 waagrecht zur blauen Geraden von g gehen, erkennen wir den Punkt P mit P(3|1), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
1 = g(3)
Wegen 1 = h(x)= g(f(x))= g(3) gilt also f(x) = 3.

Wir müssen nun also nur noch nach einem der beiden Punkte auf dem (roten) Graph von f suchen, deren y-Werte =3 sind.

Diese erkennen wir bei Q1(-2|3) und Q2(2|3), 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) = 0.

Verkettung von f und f' (mit 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 .

nur Produktregel ohne e-Fktn

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= cos( x ) · ( -2x -2 )

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

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

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

Ketten- und Produktregel (BF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= cos( x ) · 2x -2

= cos( x ) · ( 2x -2 ) 1 2

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

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

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

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

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

Ketten- und Produktregel (LF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= ( 2x -6 ) · cos( x 2 ) und vereinfache:

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f(x)= ( 2x -6 ) · cos( x 2 )

f'(x)= ( 2 +0 ) · cos( x 2 ) + ( 2x -6 ) · ( - sin( x 2 ) · 2x )

= 2 cos( x 2 ) + ( 2x -6 ) · ( -2 sin( x 2 ) x )

= 2 cos( x 2 ) -2 ( 2x -6 ) sin( x 2 ) x

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 + x +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 = -3 und bei x = 1 sind.
Der Extrempunkt des Graphs liegt bei x = -1, (also gilt g '(-1) = 0).

Damit ist ja bereits ein Faktor des Kettenregelprodukts =0. Wenn wir also x = -1 in h'(x) einsetzen, erhalten wir:
h'(-1) = f'(g(-1))⋅g'(-1) = f'(g(-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)= 2( x -4 ) 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 -4 ) = 0
2x -8 = 0 | +8
2x = 8 |:2
x = 4
Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(

Das bedeutet, dass f(4)=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) = 4 gilt, denn dann gilt ja f(g(x)) = f( 4) = 0.

Wir schauen also am abgebildeten Graph, wieviel Lösungen die Gleichung g(x) = 4 besitzt.

Man erkennt - notfalls durch Einzeichnen eine Geraden y = 4, dass dies gerade 2 Schnittstellen sind.

Das heißt, dass diese 2 x-Werte dieser Schnittstellen alle Lösungen von f(g(x)) = f( 4) = 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 2 -1
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 )⋅g(x) + ( x 2 -1 )⋅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 -1 = 0 | +1
x 2 = 1 | 2
x1 = - 1 = -1
x2 = 1 = 1

Für die Ableitung von f mit f(x)= x 2 -1 gilt: f'(x)= 2x . Diese setzen wir = 0:

2x = 0 |:2
x = 0

Wir haben also sowohl bei f als auch bei g eine eine Extremstelle bei x = 0, wodurch mit f'(0)=0 und g'(0)=0 in beiden Summanden der Produktregel eine Null als Faktor vorhanden ist.
es gilt also h'(0) = f'(0)⋅g(0) + f(0)⋅g'(0) = 0⋅g(0) + f(0)⋅0 = 0.

Damit hat h an der Stelle x = 0 eine waagrechte Tangente.