Welchen Ansatz bei welchen Aufgaben verwenden
Ihr habt im Schulunterricht mehrere Varianten des Differenzialquotienten besprochen, vermutlich die Form und die h-Methode. Wenn du selbst bei einer bestimmten Aufgabe die Tangentensteigung einer gegebenen Funktion ausrechnen musst, also wenn du die Ableitung
oder
einer Funktion mit dem Differenzialquotienten ermitteln sollst, musst du letztendlich immer selber entscheiden, welchen Ansatz du wählst.
Welchen Ansatz in welchem Fall nehmen?
Ist in der Aufgabe nach der Tangentensteigung an einer konkreten Stelle
gefragt und
ist wirklich als Zahl angegeben, ist es an sich egal, welchen Ansatz du für den Differenzialquotienten wählst. Alle drei Varianten funktionieren dann relativ gut.
Ist aber keine richtige Zahl für gegeben, ist es geschickter Die h-Methode(oder die Delta-x-Methode) zu nehmen, um eine gegebene Funktion abzuleiten. Ist also keine richtige Zahl für
gegeben, besser nicht mit
rechnen, weil sich damit vor allem bei Funktionen mit
und x im Funktionsterm ganz schlecht rechnen lässt.
Soll die Tangentensteigung bei einer Funktion gleich an mehreren konkret angegebenen Stellen berechnet werden, ist es geschickt, die Ableitung vorweg allgemein zu ermitteln, ohne dabei eine konkrete Zahl für
einzusetzen. Das geht vor allem bei Funktionen mit
und x im Funktionsterm am besten mit der h-Methode oder der Delta-x-Methode. (Bei Funktionen des Typs
funktioniert aber auch die Variante 3 ganz gut.) Erst ganz am Schluss setzt du dann nacheinander bei
jeweils die angegeben Zahlen für
ein.
Wenn die Ableitungsfunktion gesucht ist, verwendest du auch am besten die h-Methode oder die Delta-x-Methode. Ob du dabei gleich zu Beginn der Rechnung
rein formal durch x ersetzt oder erst am Schluss, musst du selbst entscheiden. Das ist reine Geschmackssache.
Die drei verschiedenen Formen des Differenzialquotienten im Vergleich
Bei den Ausdrücken und
handelt es sich nur um unterschiedliche Schreibweisen für den Differenzialquotienten. Damit kann jeweils die Steigung einer Kurve
, d.h. die Tangentensteigung der Funktion
, an einer bestimmten Stelle
, also ihre Ableitung
), berechnet werden. Jede der drei Formen des Differenzialquotienten führt daher zum gleichen Endergebnis, nämlich der Tangentensteigung der Funktion
an der Stelle
. Wir schreiben für die Steigung der Tangente nicht mehr
, sondern
.
Die ersten beiden Formen und
sind im Prinzip fast gleich, denn das
aus der ersten Schreibweise entspricht einfach dem h aus der zweiten. Mit
bzw. h ist dabei der Unterschied der x-Koordinaten der zwei Punkte P und H bezeichnet. (Vergleiche auch nachfolgende Abbildungen Links und Mitte!) Der dritte Ansatz unterscheidet sich etwas stärker von den ersten beiden. Der Unterschied der x-Koordinaten der zwei Punkte P und H ist dabei
. (Vergleiche Abbildung rechts!) Dennoch stellen alle drei Ausdrücke nichts anderes als den Differenzialquotienten einer Funktion
an der Stelle
dar.
Delta-x-Methode:
Differenzialquotient, d.h. Tangentensteigung an der Stelle |
h-Methode:
Differenzialquotient d.h. Tangentensteigung an der Stelle |
Variante 3:
Differenzialquotient d.h. Tangentensteigung an der Stelle |
Die drei Ausdrücke und
werden nach demselben Prinzip hergeleitet:Man wählt zusätzlich zum gegebenen Kurvenpunkt
jeweils einen weiteren Kurvenpunkt H als Hilfspunkt und legt eine Gerade durch die beiden Punkte P und H. Die Gerade PH ist eine Sekante des Graphen
.