Mittelstufe Standardaufgabe 12 Punkte ~25 Min. Mathematik & Logik

Ableitungen mit Produkt- und Kettenregel bestimmen

Zur Lektion: Ableitungsregeln

Aufgabenstellung

Bestimmen Sie die erste Ableitung der folgenden Funktionen. Vereinfachen Sie so weit wie möglich.

  • (a) f(x)=3x42x3+5x7f(x) = 3x^4 - 2x^3 + 5x - 7 (1 BE)
  • (b) g(x)=x+4x2g(x) = \sqrt{x} + \dfrac{4}{x^2} (2 BE)
  • (c) h(x)=(2x+1)exh(x) = (2x + 1) \cdot e^x (2 BE)
  • (d) k(x)=x2sin(x)k(x) = x^2 \cdot \sin(x) (2 BE)
  • (e) m(x)=e3x2m(x) = e^{-3x^2} (1 BE)
  • (f) n(x)=sin(2x+π)n(x) = \sin(2x + \pi) (1 BE)
  • (g) p(x)=ln(x2+1)p(x) = \ln(x^2 + 1) (1 BE)
  • (h) q(x)=xexq(x) = \dfrac{x}{e^x} (2 BE)

Lösungsweg

Schritt 1: Potenzregel und Summenregel (a, b)

(a) Potenz- und Summenregel:

f(x)=12x36x2+5f'(x) = 12x^3 - 6x^2 + 5

f(x)=12x36x2+5\boxed{f'(x) = 12x^3 - 6x^2 + 5}

(b) Umschreiben: g(x)=x1/2+4x2g(x) = x^{1/2} + 4x^{-2}

g(x)=12x1/28x3=12x8x3g'(x) = \tfrac{1}{2}\,x^{-1/2} - 8x^{-3} = \frac{1}{2\sqrt{x}} - \frac{8}{x^3}

g(x)=12x8x3\boxed{g'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}} - \frac{8}{x^3}}

Schritt 2: Produktregel (c, d)

(c) h(x)=(2x+1)uexvh(x) = \underbrace{(2x+1)}_{u} \cdot \underbrace{e^x}_{v} mit u=2u' = 2, v=exv' = e^x:

h(x)=2ex+(2x+1)ex=ex(2x+3)h'(x) = 2 \cdot e^x + (2x+1) \cdot e^x = e^x(2x + 3)

h(x)=(2x+3)ex\boxed{h'(x) = (2x + 3)\,e^x}

(d) k(x)=x2usin(x)vk(x) = \underbrace{x^2}_{u} \cdot \underbrace{\sin(x)}_{v} mit u=2xu' = 2x, v=cos(x)v' = \cos(x):

k(x)=2xsin(x)+x2cos(x)k'(x) = 2x \cdot \sin(x) + x^2 \cdot \cos(x)

k(x)=2xsin(x)+x2cos(x)\boxed{k'(x) = 2x\sin(x) + x^2\cos(x)}

Schritt 3: Kettenregel (e, f, g)

(e) m(x)=e3x2m(x) = e^{-3x^2}: äußere Ableitung \cdot innere Ableitung (6x)(-6x):

m(x)=e3x2(6x)=6xe3x2m'(x) = e^{-3x^2} \cdot (-6x) = -6x\,e^{-3x^2}

m(x)=6xe3x2\boxed{m'(x) = -6x\,e^{-3x^2}}

(f) n(x)=sin(2x+π)n(x) = \sin(2x + \pi): innere Ableitung =2= 2:

n(x)=2cos(2x+π)n'(x) = 2\cos(2x + \pi)

n(x)=2cos(2x+π)\boxed{n'(x) = 2\cos(2x + \pi)}

(g) p(x)=ln(x2+1)p(x) = \ln(x^2 + 1): innere Ableitung =2x= 2x:

p(x)=2xx2+1p'(x) = \frac{2x}{x^2 + 1}

p(x)=2xx2+1\boxed{p'(x) = \frac{2x}{x^2 + 1}}

Schritt 4: Quotientenregel (h)

(h) q(x)=xexq(x) = \dfrac{x}{e^x} mit u=xu = x, v=exv = e^x, u=1u' = 1, v=exv' = e^x:

q(x)=1exxex(ex)2=ex(1x)e2x=1xexq'(x) = \frac{1 \cdot e^x - x \cdot e^x}{(e^x)^2} = \frac{e^x(1 - x)}{e^{2x}} = \frac{1-x}{e^x}

q(x)=1xex\boxed{q'(x) = \frac{1-x}{e^x}}

Ergebnis

FunktionAbleitung
f(x)=3x42x3+5x7f(x) = 3x^4 - 2x^3 + 5x - 7f(x)=12x36x2+5f'(x) = 12x^3 - 6x^2 + 5
g(x)=x+4x2g(x) = \sqrt{x} + \frac{4}{x^2}g(x)=12x8x3g'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}} - \frac{8}{x^3}
h(x)=(2x+1)exh(x) = (2x+1)\,e^xh(x)=(2x+3)exh'(x) = (2x+3)\,e^x
k(x)=x2sin(x)k(x) = x^2 \sin(x)k(x)=2xsin(x)+x2cos(x)k'(x) = 2x\sin(x) + x^2\cos(x)
m(x)=e3x2m(x) = e^{-3x^2}m(x)=6xe3x2m'(x) = -6x\,e^{-3x^2}
n(x)=sin(2x+π)n(x) = \sin(2x+\pi)n(x)=2cos(2x+π)n'(x) = 2\cos(2x+\pi)
p(x)=ln(x2+1)p(x) = \ln(x^2+1)p(x)=2xx2+1p'(x) = \frac{2x}{x^2+1}
q(x)=xexq(x) = \frac{x}{e^x}q(x)=1xexq'(x) = \frac{1-x}{e^x}

Schlagwörter

ableitungsregelnproduktregelkettenregelquotientenregel