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 4 ( -3x -4 ) 4 und vereinfache:

Lösung einblenden

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

f'(x)= 3 ( -3x -4 ) 3 · ( -3 +0 )

= 3 ( -3x -4 ) 3 · ( -3 )

= -9 ( -3x -4 ) 3

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (BF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

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

= 2 ( -x -4 ) -2

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

f'(x)= - 4 ( -x -4 ) 3 · ( -1 +0 )

= - 4 ( -x -4 ) 3 · ( -1 )

= 4 ( -x -4 ) 3

Kettenregel ohne e-Fktn 2 (LF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= -2 2x -4

= -2 ( 2x -4 ) 1 2

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

f'(x)= - 1 2x -4 · ( 2 +0 )

= - 1 2x -4 · ( 2 )

= - 2 2x -4

Verkettung vorwärts

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das Schaubild nicht sehen :(
Gezeichnet sind die Graphen 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) = 2 entnehmen.

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

g(2) können wir auch wieder am (blauen) Graph ablesen:
h(2) = g(f(2)) = g(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 Graphen 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) = 4 gilt.

Lösung einblenden

Wenn wir auf der y-Achse bei y = 4 waagrecht zur blauen Geraden von g gehen, erkennen wir den Punkt P mit P(-2|4), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
4 = g(-2)
Wegen 4 = 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(0|-2), also bei
x1 = -2 und x2 = 0

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) = 0 entnehmen.

Wir suchen also f(f '(-1)) = f(0).

f(0) können wir aber auch wieder einfach am Schaubild ablesen
(an der y-Koordinate des roten Punkts):

f(f '(-1)) = f(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 Graphen 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) = 3 gilt.

Lösung einblenden

Wenn wir auf der y-Achse bei y = 3 waagrecht zur blauen Geraden von g gehen, erkennen wir den Punkt P mit P(3|3), der auf dem Graph von g liegt, also gilt:
3 = g(3)
Wegen 3 = 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(-1|3) und Q2(3|3), also bei
x1 = -1 und x2 = 3

nur Produktregel ohne e-Fktn

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= ( 5x -4 ) · sin( x )

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

= 5 sin( x ) + ( 5x -4 ) · cos( x )

Ketten- und Produktregel (BF)

Beispiel:

Berechne die Ableitung von f mit f(x)= ( x -7 ) · -3x -4 und vereinfache:

Lösung einblenden

f(x)= ( x -7 ) · -3x -4

= ( x -7 ) · ( -3x -4 ) 1 2

=> f'(x) = ( 1 +0 ) · ( -3x -4 ) 1 2 + ( x -7 ) · 1 2 ( -3x -4 ) - 1 2 · ( -3 +0 )

f'(x)= ( 1 +0 ) · -3x -4 + ( x -7 ) · 1 2 -3x -4 · ( -3 +0 )

= -3x -4 + ( x -7 ) · 1 2 -3x -4 · ( -3 )

= -3x -4 + ( x -7 ) · ( - 3 2 -3x -4 )

= -3x -4 - 3 2 x -7 -3x -4

Ketten- und Produktregel (LF)

Beispiel:

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

Lösung einblenden

f(x)= ( x +4 ) · cos( -3x )

f'(x)= ( 1 +0 ) · cos( -3x ) + ( x +4 ) · ( - sin( -3x ) · ( -3 ) )

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

= cos( -3x ) +3 ( x +4 ) · sin( -3x )

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 +3x +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.

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.

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 +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:

2( x +2 ) = 0
2x +4 = 0 | -4
2x = -4 |: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, wie viele Lösungen die Gleichung g(x) = -2 besitzt.

Man erkennt - notfalls durch Einzeichnen einer Geraden y = -2, dass dies gerade 2 Schnittpunkte sind.

Das heißt, dass diese 2 x-Werte dieser Schnittpunkte alle Lösungen von f(g(x)) = f( -2) = 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)= ( x -4 ) 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 -4 ) 3 = 0 | 3
x -4 = 0
x -4 = 0 | +4
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, wie viele Lösungen die Gleichung g(x) = 4 besitzt.

Man erkennt - notfalls durch Einzeichnen einer Geraden y = 4, dass dies gerade 1 Schnittpunkts sind.

Das heißt, dass dieser 1 x-Wert dieses Schnittpunkts alle Lösungen von f(g(x)) = f( 4) = 0 und somit alle Nullstellen der verketteten Funktion h = f ∘ g sind.