Delta-x-Methode
Wenn wir einen Weg finden, wie wir die Ableitungsfunktion schnell und einfach ermitteln könnten, also auch ohne Differenzialquotient, wäre es ganz einfach, die Tangentensteigung bzw. die Steigung einer Kurve zu berechnen. Gerade die Ableitungsfunktion
wird im Weiteren noch extrem wichtig werden, doch mit ihr beschäftigen wir uns erst eingehender im gesonderten Teil Die Ableitungsfunktionf´(x).
Im Folgenden werden erst noch einige etwas schwierigere Beispiele für die Ermittlung von mit dem Differenzialquotienten vorgestellt. Es geht dabei nicht ohne kleine algebraische Tricks. Ganz ohne Hilfe kommt man nur schwer darauf. Daher sollst du diese Tricks hier einmal gezeigt bekommen.
4. Bsp.:
Berechne die Ableitungsfunktion der Funktion
mit dem Differenzialquotienten! Ermittle dann die maximale Definitionsmenge
der Funktion
mit der maximalen Definitionsmenge
der Ableitungsfunktion
und vergleiche sie miteinander! Was fällt dir auf?
Lösung:
Gegeben:
Gesucht:
Wir gehen aus vom allgemeinen Ansatz des Differenzialquotienten für die Ableitung einer Funktion
an der Stelle
. Er lautet:
Wir sollen in dieser Aufgabe die Ableitungsfunktion ermitteln, also nicht die Ableitung
einer Funktion
an einer bestimmten Stelle
, sondern an einer beliebigen Stelle x innerhalb der Definitionsmenge. Dies stellt jedoch kein Problem dar. Man muss nur rein formal
durch x ersetzen. Ob man das gleich zu Beginn oder erst am Ende der Rechnung macht, ist egal. Wir rechnen hier vorerst noch mit
und ersetzen erst am Schluss
durch x.
Nun müssen wir und
mit unserer Funktion
bilden, weil diese Ausdrücke im Zähler des Differenzenquotienten benötigt werden.
zu bilden ist ja nicht schwer;du schreibst einfach statt x in der Funktionsgleichung
. Es gilt daher:
Wie bildet man aber ? Auch gar nicht so schlimm:Du setzt einfach für x den Ausdruck
in unsere Funktionsgleichung
ein. So erhältst du:
Wenn du das in den allgemeinen Ansatz des Differenzialquotienten einsetzt, erhältst du:
Jetzt müsste man eigentlich herauskürzen, um den Grenzwert zu berechnen. So lange
im Nenner steht, kann man für
nicht Null einsetzen, was man aber bei der Berechnung des Grenzwertes letztendlich machen muss. Daher muss
weggekürzt werden. Doch in der momentan vorliegenden Form ist dies nicht möglich. Dass man
aus diesem Ausdruck nicht kürzen kann, ist dir bestimmt klar.