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Mathewörterbuch |
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| Kurs |
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| LK |
1. Folgen |
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1.1. Definitionen von
Begriffen |
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Begriff |
Begriffserklärung |
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Folge |
Wenn eine Funktion f als
Definitionsmenge die Menge der natürlichen Zahlen N hat oder eine unendliche
Teilmenge von N, |
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so nennt man f eine Zahlenfolge. Der
Funktionswert f(n) wird mit (an) bezeichnet und heißt das n-te Glied der
Folge. Für die Funktion f schreibt man (an). |
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Nullfolge |
Eine Nullfolge ist eine Folge, deren
Glieder an sich (für wachsendes n) immer mehr dem Wert Null nähern (klassisches Beispiel: an=1/n) |
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Grenzwert |
Der Grenzwert g einer Folge, stellt
den Bereich im Koordinatensystem dar, dem sich bei wachsendem n die
Folgenglieder nähern. |
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Definition: Eine Zahl g heißt Grenzwert der Zahlenfolge (an), wenn bei
Vorgabe irgendeiner positiven Zahl E(Epsilon) fast alle Folgenglieder die
Ungleichung I an-g I < E (Epsilon) erfüllen. |
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Fast alle bedeutet dabei, dass es
nur endlich viele Ausnahmen gibt. |
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Nicht jede Folge hat einen
Grenzwert. Siehe S. 18 Beispiel 2, Zusammenfassung von ETH-Zürich. |
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Folgen, die einen Grenzwert haben,
nennt man konvergente Folgen. |
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Folgen ohne Grenzwert nennt man divergente Folgen. |
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Eine Zahlenfolge kann höchstens
einen Grenzwert haben. |
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Wenn eine Folge monoton und
beschränkt ist, dann ist sie auch konvergent. |
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Bemerkung: Zum Nachweis, dass fast alle Folgenglieder an die Ungleichung |
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I an - g I < E erfüllen, muss man nur eine Nummer ( also N (E) ) , angeben können, ab der alle
Folgenglieder die Ungleichung
erfüllen. |
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Man schreibt für den Grenzwert g
einer Zahlenfolge (an) kurz g = lim an
( gelesen: g ist der Limes von an für n gegen unendlich) oder
auch an -> g für n -> oo
(gelesen : an geht gegen g für n gegen unendlich). |
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n -> oo |
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E (Epsilon) |
Die erste Zahl n, ab der die
Differenz zwischen den Folgengliedern und dem Grenzwert g kleiner ist als
Epsilon, nennt man N(Epsilon) |
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Epsilon ist der Bereich um den
Grenzwert. |
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Epsilon ist eine Folge in der Folge. |
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1.2. Eigenschaften von
Folgen |
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1. monoton steigend |
, ist eine Zahlenfolge
(an), wenn für alle Folgenglieder a(n+1)>= an gilt |
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monoton fallend |
, ist eine Zahlenfolge
(an), wenn für alle Folgenglieder a(n+1) <= an gilt |
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Bemerkung: das Wort
streng wird vorangestellt, wenn das Gleichheitszeichen nicht gilt |
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2. nach oben beschränkt, ist eine Zahlenfolge, wenn es eine Zahl S gibt, so dass für alle Folgenglieder an <= S gilt |
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nach unten beschränkt, ist eine Zahlenfolge, wenn es eine Zahl s gibt, so dass für alle
Folgenglieder an>= s
gilt |
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S ist die obere Schranke,
s ist eine untere Schranke der Folge, |
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Eine nach oben und unten
beschränkte Folge heißt beschränkte Folge. |
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| LK |
1.3. Formeln und
Rechenbeispiele |
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Monotonie |
Aufgabe: |
Beispiel: |
Schrittweise Erklärung |
Regeln |
Tipps |
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und Beschränktheit |
Untersuchen Sie auf Monotonie |
(an) mit an =2/n |
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(Argumentativer |
und Beschränktheit |
2/(n+1) < 2/n |
da, an+1<an ist, ist diese Folge streng monoton fallend |
an+1<=an |
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Nachweis) |
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S =a1=2 |
Folge ist nach oben beschränkt |
S>=an |
Folge zeichnen |
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s>=0 |
Folge
ist nach unten beschränkt, da kein Glied |
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Wertetabelle |
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der Folge kleiner als 0 ist |
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Nachweis der Monotonie |
Beispiel: |
Schrittweise Erklärung |
Regeln |
da der argumentative Nachweis bei |
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komplexeren Folgen
schwieriger wird kann |
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man den Nachweis mithilfe
der Differenz |
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mithilfe der Differenz |
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auch durchführen |
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Folge (an) mit an
(1-2n)/n |
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an+1 - an <>= 0 |
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a(n+1)-an=
(1-2(n+1))/(n+1) - (1-2n)/n |
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"=(-2n-1)/(n+1) - (1-2n)/n = - 1/ n(n+1) |
da wir ein negatives Ergebnis erhalten haben, ist diese |
an+1 - an< 0 |
Bruchrechnung |
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Folge streng monoton fallend (siehe Regel) |
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Berechnung von |
Aufgabe: |
Beispiel: |
Schrittweise Erklärung |
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E(Epsilon) |
gegeben ist eine Folge (an) mit |
an = 1/n |
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an = 1/n, berechnen Sie ab
|
E(Epsylon) = 0.2 |
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welchem Folgenglied sich die |
Berechnung: |
Wir wollen also berechnen, ab welchem Glied: |
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Folge bis
auf 0.2 Einheiten der Null also |
E < 0.2 |
1/n < E |
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E(Epsilon) genähert hat. |
1/n < 0,2 |
Wir stellen die Formel nach n um |
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Konkret heißt das, ab welchem Folgen- |
1/0.2 <n |
Nun setzen wir für E ein |
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glied,
liegen die Folgenglieder innerhalb |
n> 5 |
Wir erhalten |
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einer E(Epsylon)-Umgebung. |
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Ergebnis: Ab dem 6. Ten
Glied sind die Glieder der Folge |
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an = 1/n kleiner als 0.2 |
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Nachweis eines |
Aufgabe: |
Beispiel: |
Schrittweise Erklärung |
Regeln |
Tipps |
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Grenzwertes |
Weisen Sie nach, dass 0 der Grenzwert |
an -> g für n -> oo 1/n ->0 |
1.
Schritt : Wir vermuten, dass der Grenzwert |
I an-g I < E |
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der Folge 1/n ist. |
I 1/n - 0 I < E |
an-> g für n ->oo 0 ist |
(ab einem gewissen n alle n) |
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I 1/n I < E |
2. Schritt : einsetzen und auflösen nach n |
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1/n < E |
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da n > 0 können die
Betragstriche wegfallen |
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1 < n* E |
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1/E < n |
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das gilt für alle n |
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n > 1/E |
3. Schritt: da n > 1/E ist, gilt I 1/n -
0 I < E |
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ist E = 1/100 und setzt
man für n > 100 |
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4. Schritt: wir haben
bewiesen, dass 0 der Grenzwert ist |
dann haben wir : I 1/101
- 0 I < 1/100 |
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weil
sich zu jedem konkreten Epsilon ein N angeben lässt, ab dem |
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alle weiteren
Folgenglieder in der E-Umgebung des Grenzwertes liegen |
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Grenzwertsätze |
Aufgabe: |
Beispiel: |
Schrittweise Erklärung |
Regeln |
Tipps |
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des Rechenweges |
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Siehe S. 319 L-S |
Grenzwertbestimmung |
a(n) = (2-n^3) /(10n^3+n) |
1. Schritt: |
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Der 1. Schritt kann auch
so formuliert werden |
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mithilfe der Grenzwertsätze |
"= (2/n^3 - n^3/n^3) / (10n^3/n^3 - n/n^3) |
jede Zahl im Zähler und Nenner durch |
|
Ausklammern von 1/n im
Zähler und Nenner |
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"= (2/n^3 - 1) /( 10 - 1/n^2) |
die höchste vorkommende Potenz von n |
Potenzregel: |
oder: |
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für n->oo 2/n^3 -> 0 |
dividieren |
a^m / a^n =a ^m-n |
Man erweitert bei
Brüchen Zähler und Nenner mit |
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für n ->oo 1 = 1 |
2. Schritt: |
hier : n/n^3 = n^-2 = 1/n^2 |
dem Kehrwert der höchst
auftretenden Potenz von n. |
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für n ->oo 10 = 10 |
einzeln die Grenzwerte der Zahlen ausrechnen |
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für n ->oo 1/n^2 -> 0 |
und dabei ausnutzen, dass 1/n, 1/n^2, 1/n^3 usw. immer |
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gilt: |
für n
gegen oo gegen 0 gehen, so bleiben im
|
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lim n ->oo = (0-1)/
(10-0) = -1/10 |
Endeffekt nur die reinen Zahlenwerte übrig. |
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3. Schritt: |
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Grenzwert
angeben : im Rechenbeispiel ist der |
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Grenzwert -1/10 |
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| GK |
2. Die Tangente und ihre
Steigung |
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"Es tangiert mich
nur peripher." (Zitat unbekannter Herkunft) |
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Es geht im Folgenden
darum, eine Aussage über eine Funktion, die keine Gerade ist, zu treffen,
indem man sich einer Gerade bedient. |
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Eine Tangente ist nichts
anderes als eine Gerade, die eine nicht Gerade, also eine gekrümmte Linie, in
nur einem Punkt berührt. |
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Jede Gerade hat eine
Steigung. Kennt jeder, der Auto fährt. Anfahren am Berg wäre kein Bestandteil
der Prüfung, wenn alle Straßen g(G)erade(n) wären, mit der Steigung Null. |
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Geraden lassen sich auf verschiedene
Wege mathematisch beschreiben. |
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Erstmal gibt's die Geradengleichung: |
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f(x) = mx + b |
wobei m die Steigung ist, |
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und b, der sog. y-Achsen-Abschnitt,
der Punkt an dem die Gerade die y-Achse schneidet, ergibt sich für x = 0, da
dann nur das b übrigbleibt. |
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y = mx + b |
da f(x) dem y entspricht, der
Funktionswert ist das Stück auf der y-Achse für jedes x, kann man auch
folgendes schreiben: |
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(komme ich später noch drauf zurück) |
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m ist außerdem der Differenzenquotient, der sich aus zwei
Punkten berechnet, P1 und P2 (vgl. Abb1): |
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m = (y - y0) / (x - x0) |
durch Multiplikation mit dem Nenner
(x - x0) ergibt das
eine weitere Form der Gradengleichung: |
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(komme ich später auch nochmal drauf
zurück) |
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y - y0
= m * (x - x0) |
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Wie
in Abb.1 zu sehen ist, lässt sich m mit Hilfe des Steigungsdreiecks (grün) |
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bestimmen. |
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Da dafür die beiden Punkte P1 und P2
nötig sind, handelt es sich bei der Geraden, |
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deren Steigung m bestimmt werden
kann, um eine Sekante, denn diese scheidet |
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den Graphen in zwei Punkten. |
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Die Steigung dieser Sekante
entspricht also näherungweise der der Funktion |
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im Abschnitt zwischen P1 und P2. |
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Das geht allerdings noch genauer,
und zwar so: |
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2.1. Annäherungsversuche |
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Bringt man die beiden Punkte P1 und
P2 auf die Hälfte ihres vorherigen Abstands zusammen, bekäme man eine
genauere Steigung der Funktion. |
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Man
kann das ewig so weiter machen, bis man nicht mehr kann, kann aber auch
einfach den Grenzwert dieser Sekantensteigung bestimmen. |
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Das wäre dann die Tangentensteigung. |
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Mathematisch gesprochen sieht das so
aus: |
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mt =
lim ms <=> |
mt = lim (y - y0) / (x - x0) |
mt ist die
Steigung der Tangente |
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x → x0 |
x → x0 |
ms ist die
Steigung der Sekante |
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Zu deutsch folgendermaßen: |
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P1 wird P2 solange angenähert bis
die beiden Punkte gleich sind, aber nur theoretisch, da wenn die Punkte
identisch wären, könnte man kein Steigungsdreieck mehr erstellen. |
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(Man sieht das auch am Bruch selbst,
wenn x = x0 ist, ist
der Nenner Null und damit der Bruch nicht mehr lösbar.) |
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Übertragen auf den Graph der
Funktion, die von der Sekante geschnitten wird, heißt dass, die Steigung der
Tangente in dem Punkt P2 (x0 | y0) |
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entspricht
der Steigung der Funktion in diesem Punkt (s. Abb. 1). |
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Kleines Beispiel: |
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gegeben: die Funktion f(x) = x² |
gesucht: die Steigung an der Stelle
x0, also die Steigung
der Tangente im Punkt P (x0 | y0) |
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Es gilt: mt = lim (y - y0) / (x - x0) da y = f(x),
gilt: mt = lim (f(x) - f(x0)) / (x - x0) |
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x
→ x0 |
|
x →
x0 |
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Also
muss jetzt für f(x) die gegeben Funktion eingesetzt werden, und da wo x0 steht, muss das auch
stehen bleiben, sprich: für x wird dann x0 eingesetzt. |
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|
d.h. in diesem Bsp.: |
(ich lass das x → x0 jetzt mal weg, muss man sich unter jedem lim denken) |
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mt = lim (x² - x0²) / (x - x0) |
Zähler so aufarbeiten,
dass der Nenner gekürzt werden kann: 3. binomische Formel |
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<=> |
mt = lim ((x + x0) * (x - x0)) / (x - x0) |
|
Nenner kann gekürzt werden |
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<=> |
mt = lim (x + x0) |
da der Grenzwert für x =
x0 berechnet wird (x
nähert sich x0
immer mehr an), folgt |
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<=> |
mt = (x0 + x0) |
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<=> |
mt = 2x0 |
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für ein konkretes Bsp., x0 = 2 : |
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mt = 2x0 mit x0 = 2 |
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<=> |
mt = 2*2 = 4 |
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2.1.1. Vielleicht so als
kleines Fazit zwischendurch: |
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Es geht nur um den Grenzwert der
Sekantensteigung, der als Tangentensteigung bezeichnet wird. |
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Wenn
man dann im Differenzenquotienten, dessen Grenzwert man bildet, den
vorgegebenen Funktionsterm einsetzt, muss man irgendwie |
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diesen Bruch so umformen, dass ein x0 isoliert wird. |
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D.h. aber nicht, dass man sich
zwangsläufig einen Wolf rechnen muss, vielleicht geht's auch mit genauem "hingucken" oder überlegen. Dazu
ein Beispiel: |
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Mit f(x) = x erhält man als
Differenzenquotient: (x - x0) / (x - x0). |
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Da kann man nicht besonders viel
rechnen, kann aber sehen, dass der Zähler und der Nenner gleich sind. |
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Und es ist so, dass eine Zahl durch
sich selbst geteilt, 1 ergibt. Analog dazu gilt dass auch für identische
Ausdrücke. |
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In diesem Fall aber nur für x ≠ x0. Ergibt also für den Grenzwert des Differenzenqoutienten auch 1. |
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(vgl.
Mathebuch LS S.55) |
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2.2. Gleichung der
Tangente |
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Ich
komme nur auf dieses Thema, weil da mal Aufgaben auf waren, wo es genau darum
ging. |
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Also gleiches Beispiel wie vorhin: |
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gegeben:
f(x) = x² |
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gesucht: die
Steigung der Tangente im Punkt P (x0 | y0) |
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x0 = 2 |
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die Gleichung der
Tangente |
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Es gilt: mt = lim (y - y0) / (x - x0) |
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x
→ x0 |
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Wie oben schon gesehen, ergibt die
Steigung der Tangente mt = 4. |
Jetzt kommt die Erklärung, für die
oben (Punkt 2) erwähnte Voraussetzung, dass f(x) = y, und die verschiedenen
Formen der Geradengleichung. |
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Und y0 = f(x0) = f(2) = 2² = 4 |
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Nun muss man die Gleichung der
Tangente bestimmen. |
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Man kennt schon die Steigung der
Tangente und hat einen Punkt auf dieser Geraden. |
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Dann kann man nochmal auf den
Differenzenquotienten zurückgreifen: |
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Alternative: |
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mt = (y
- y0) / (x - x0) |
mt ist
bekannt, also folgt: |
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y = mx + b |
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allgemeine Geradengleichung |
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mt = (y
- y0) / (x - x0) = 4 |
der Punkt P (x0 | y0) ist auch bekannt,
nämlich P (2 | 4), muss man dann in die Gleichung einsetzen: |
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4 = 4 * 2 + b |
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(y - 4) / (x - 2) = 4 |
das ergibt ne neue Gleichung,
nämlich die zweite Form der Geradengleichung (s. Punkt 2), die nur umgeformt
werden muss: |
bekannt: m = 4 und P(2;4) als
Berührpunkt |
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x
und y sind ja nun schon in diesem Term vorhanden, so wie man sich dass von
einer anständigen Funktion wünscht. |
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Und es ist eine Gleichung mit nur
einer Unbekannten, dem x, denn das y ist von x abhänhig (y = f(x)). Im
Prinzip also nichts unmögliches. |
b = 4-8 = -4 |
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=> |
y - 4 = 4 * (x - 2) |
| * (x - 2) |
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y = 4x - 4 |
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gesuchte Tangentengleichung |
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y - 4 = 4x - 8 |
| ausmultiplizieren |
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y = 4x - 4 |
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y isolieren, also +4 |
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fertig! |
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Um
nicht einer Verwechselung zu unterliegen, schreibt man am Besten für
Tangentengleichungen immer t(x)! Dann sieht man direkt was man vor sich
hat... |
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Man
kann also mit Hilfe des Grenzwertes vom Differenzenquotienten die Steigung in
einem Punkt bestimmen und noch zusätzlich mit der gleichen Formel |
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(dann aber ohne Grenzwert) eine
Geradengleichung errechnen. |
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Und das alles mit der simplen
Formel, die auf dem Steigungsdreieck beruht. |
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2.3. Gleichung der
Normalen |
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Auch das war ein Teil der Aufgaben,
ist aber eigentlich dasselbe in grün. |
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Dazu muss man nur wissen, was es mit
der Normalen (n(x) genannt) auf sich hat: |
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Die Normale steht immer
senkrecht zu einer Tangente in dem Punkt, in dem die Tangente den Graphen
einer Funktion berührt. |
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In
Abb. 2 ist der Funktionsgraph nicht da, aber ihr könnt ihn euch denken. |
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Der Schnittpunkt der beiden Geraden
ist der Ursprung des Koordinatensystems P (0 | 0). |
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(Nur am Rande, Abb. 2 zeigt zwei
zueinander senkrechte Geraden, ohne Tangente und Normale |
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undsoweiter,
die sind dann nur orthogonal (senkrecht zueinander), |
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macht aber nix, der Sachverhalt ist
der Gleiche) |
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Geht sich jetzt nur darum, zu
wissen, wie sich die Steigungen von orthogonalen Geraden verhalten: |
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die Indizes beziehe ich aber wieder
auf das Problem mit den Tangenten und Normalen. |
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mn =
-1 / mt |
mt : Steigung der
Tangente t(x) |
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mn : Steigung der
Normalen n(x) |
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(Begründung s. Mathebuch LS S.362) |
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Mit Hilfe dieser kurzen Formel kann
man die Steigung der Normalen bestimmen. |
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Die
Gleichung der Normalen ermittelt sich dann genauso, wie die Gleichung der
Tangente (Abs. 2.2.), mit der gerade ermittelten Steigung und dem
Differenezenquotienten, |
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in den der gegebene Schnittpunkt
eingesetzt wird. |
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2.3.1. Noch was
Interessantes |
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Nimmt man die Gleichung von oben und
multipliziert mit dem Nenner mt, erhält man eine weitere gut zu brauchende Formel: |
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mn * mt = -1 |
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oder allgemein: |
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m1 * m2 = -1 |
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d.h. werden die Steigungen von zwei
orthogonalen Geraden multipliziert, ergibt ihr Produkt minus eins. |
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Kann vielleicht dann nützlich sein,
wenn mal irgendwann, irgendwie, irgendwo, irgendwelche Aufgaben kommen
sollten, wo man beweisen soll, |
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dass zwei Geraden senkrecht
zueinander stehen. |
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Dann nur die Steigungen
multiplizieren und gucken, was rauskommt! |
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| GK |
3. Die Ableitungsfunktion |
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"Jedes Kind braucht einen
Namen." |
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Schaut man im Duden nach, was dieses
Wort Ableitung eigentlich
bedeutet, stößt man auf folgende Bedeutungen: |
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Herleitung, Folgerung, Rückführung
auf den Ursprung. |
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Daher ist der Name Ableitungsfunktion auch treffend
gewählt, denn es lassen sich aufgrund der Steigung einer Funktion einige |
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Aussagen treffen (Verlauf,
Monotonie, uswusf.). |
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Aber zunächst ein kleiner Ausflug in
die Physik. |
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3.1. "Ich geb Gas,
ich will Spaß" |
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Wir fahren auf der Autobahn,
aufrichtig und rechtsliebend wie wir sind, fahren wir |
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natürlich
mit knapp unter Richtgeschwindigkeit. Fahren also konstant schnell,
idealerweise. |
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D.h. es wird nicht beschleunigt,
sonst würden wir ja schneller werden. |
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Um auf diese Geschwindigkeit
gekommen zu sein, müssen wir aber mal beschleunigt haben, |
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z.B. auf dem
Beschleunigungsstreifen. Da hat man dann dem Motor die letzten Reserven
entlockt, |
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um von 60 auf 120 kmh (so oder so
ähnlich) beschleunigt zu haben. |
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Abb. 3 könnte diesen Zustand
zwischen x1 und x4 beschreiben. |
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Die
obere Gerade v(t) ist die Geschwindigkeit, abhängig von der Zeit, und zeigt
einen |
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Beschleunigungsvorgang. Darunter ist
a(t) die Beschleunigung. |
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erläuternd
sind drei Steigungsdreiecke eingezeichnet. |
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Betrachtet man das Intervall [x1,
x4], kann man die Gerade von v(t) folgendermaßen deuten: |
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Zwischen
x1 und x4 hat man einen konstanten Geschwindigkeitszuwachs. |
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Dazu werden die
Steigungsdreiecke betrachtet: |
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Die Abschnitte x1-x2, x2-x3, x3-x4
sind gleich groß. |
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Es
ist wichtig, dass die Abstände zwischen den einzelnen x-Werten gleich groß
sind, |
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damit man im
Steigungsdreieck eine identische x-Differenz hat. |
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Denn dann entscheidet nur
noch der Zähler des Differenzenquotienten, die y-Differenz, |
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über die Steigung. |
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Dadurch lassen sich
mehrere Steigungen (Steigungsdreiecke) miteinander vergleichen. |
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Sieht man sich jetzt die
Funktion v(t) an, so sieht man, dass die drei Steigungen (rot, blau, grün) |
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identisch sind. |
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Und nichts anderes drückt
die Beschleunigungfunktion a(t) aus: |
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Man hat eine lineare
Geschwindigkeitssteigerung, die auf einer konstanten Beschleunigung beruht. |
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Und das heißt, die
Beschleunigung ist die Ableitungsfunktion der Geschwindigkeit. |
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Die Ableitungsfunktion
gibt die Steigung der Ursprungsfunktion wieder, mehr nicht. |
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Ich glaube, dass ist das
wichtigste, was man zur Ableitung sagen muss. Es ist nur ein Begriff, hinter
dem sich irgendwie die Steigung versteckt. |
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3.2. Ableitungsregeln |
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| LK |
4. Grenzwert von
Funktionen |
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Analog
zum Grenzwert von Folgen, lässt sich auch ein Grenzwert von Funktionen
beschreiben: |
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1. Das Verhalten der
Funktion beim Nähern an eine beliebige Zahl x0: |
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lim f(x) |
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(vgl. die Steigung der Tangente) |
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x → x0 |
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2. Das Verhalten der
Funktion an den Grenzen des Definitionsbereiches: |
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lim f(x) |
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(vgl. Grenzwert von Folgen) |
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x → ± ∞ |
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Und zwar geht das deshalb, weil eine
Funktion nichts anderes ist als eine Folge, nur mit einem anderen
Definitionsbereich. |
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Der Definitionsbereich von Folgen
waren die Natürlichen Zahlen, die Menge N. Sobald von Funktionen spricht,
arbeitet man mit dem Definitionsbereich der Reellen Zahlen, |
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der Menge R. Das sind alle
Zahlen, die |
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periodische
Dezimalzahlen sind (sich als Bruch schreiben lassen), |
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nicht periodische Dezimalzahlen sind
(z.B. Zahl π, Wurzeln), |
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endliche oder nicht endliche
Dezimalzahlen sind |
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ganze Zahlen sind |
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4.1. Rationale Funktionen |
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Es geht erstmal um rationale
Funktionen. Dazu folgende Aufstellung: |
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gebrochen-rational |
und ganzrational |
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f(x) = Z(x) / N(x)
mit N(x) ≠ 0 |
f(x) = Z(x) |
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Im Prinzip gibt es nur
gebrochenrationale Funktionen, da bei ganzrationalen Funktionen gilt: N(x) =
1. |
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Z(x), N(x) sind Polynome n-ten
Grades, d.h. Funktionsterme, die so aussehen: |
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a1xn
+ a2xn-1 + … + an-1x + an a ist irgendne
Zahl, n eine Natürliche Zahl, n-ten Grades, da das erste x n als Potenz hat,
also den Grad n.
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Als Beispiel dasselbe wie im
ausgeteilten Blatt (3.1. Verhalten von Fkt…): |
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gegeben: f(x) = 5x / (x - 5) |
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zu sehen in Abb. 4. |
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4.1.1. Grenzwert gegen
Unendlich und Asymptote |
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Schöne Funktion, denn da lässt sich
alles dran erklären. |
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Als erstes hätten wir das
Grenzverhalten gegen plus und minus Unendlich. |
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Für x gegen plus Unendlich nähert
sich die Funktion von oben der roten Linie. |
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Für x gegen minus Unendlich von
unten. |
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Also ist 5 der Grenzwert gegen plus
und minus Unendlich. |
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Lässt sich mathematisch so beweisen: |
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g = lim f(x) = lim 5x /
(x - 5) |
man teilt jedes Glied des Terms durch 1/x |
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<=> g = lim 5 /
(1 - 5/x) |
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<=> g = 5/(1-0)
= 5 |
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Der
Term enthält eine Nullfolge für x gegen plus und minus Unendlich und durch
Anwendung |
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der Grenzwertsätze ergibt das den
Grenzwert 5 zu beiden Seiten der Definitionsgrenzen. |
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Aber später mehr zur
Grenzwertbestimmung. |
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Die rote Gerade zeigt also den
Grenzwert. Solche Geraden nennt man Asymptoten. |
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Sie haben die Gleichung y = g. |
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Nähern sich die Werte
einer Funktion einer Zahl für x → ± ∞, hat die Funktion den
Grenzwert g. |
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In
diesem Fall nähert sich der Graph dieser Funktion eine Asymptote mit der
Gleichung y = g. |
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4.1.2. Definitionslücken |
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Ebenfalls in Abb. 4 ist noch eine
blaue Gerade, der sich die Funktion nähert, die Gerade ist eine senkrechte Asymptote |
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Man kann sehen, dass der Nenner
" x - 5 " Null wird, bei x = 5. durch Null darf nicht geteilt
werden, also ist die Funktion für x = 5 nicht definiert, hat eine
Definitionslücke. |
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Definitionslücken, an
denen die Funktionswerte in Richtung Unendlich (plus und/oder minus) streben,
nennt man Polstellen. |
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Es gibt also eine Gerade mit x = a, die parallel zur y-Achse
verläuft , wobei a die Definitionlücke ist, der sich der Graph der Funktion
annähert. |
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Die zweite Art der
Definitionslücke ist die stetig hebbare Definitionslücke. |
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Muss man sich so vorstellen, dass
die Funktionswerte sich beidseitig einer Zahl nähern, für die die Funktion
nicht definiert ist. |
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So, als wäre ein Loch im
Funktionsgraphen. |
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Daher auch das Wort stetig in dem
Begriff, stetig heißt soviel wie kontinuierlich, gleichmäßig verlaufend, weil
sich der Graph langsam dem "Loch" nähert. |
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