Wie ermittelt man mithilfe der zweiten Ableitung die Extremstellen von f und die Art der Extrema?

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Wie ermittelt man mithilfe der zweiten Ableitung die Extremstellen von f und die Art der Extrema?

Antwort

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Accepted Answer

Um mithilfe der zweiten Ableitung die Extremstellen einer Funktion \( f \) und die Art der Extrema zu ermitteln, gehst du wie folgt vor: 1. **Bestimme die erste Ableitung \( f'(x) \):** - Finde die Punkte, an denen \( f'(x) = 0 \) oder \( f'(x) \) nicht definiert ist. Diese Punkte sind die kritischen Punkte, an denen mögliche Extremstellen liegen können. 2. **Bestimme die zweite Ableitung \( f''(x) \):** - Berechne die zweite Ableitung der Funktion \( f \). 3. **Untersuche die kritischen Punkte mit der zweiten Ableitung:** - Setze die kritischen Punkte in die zweite Ableitung \( f''(x) \) ein. 4. **Bestimme die Art der Extrema:** - Wenn \( f''(x) > 0 \) an einem kritischen Punkt \( x = c \), dann hat \( f \) dort ein lokales Minimum. - Wenn \( f''(x) < 0 \) an einem kritischen Punkt \( x = c \), dann hat \( f \) dort ein lokales Maximum. - Wenn \( f''(x) = 0 \) an einem kritischen Punkt \( x = c \), kann die zweite Ableitung keine Aussage über die Art des Extremums machen. In diesem Fall sind weitere Untersuchungen notwendig, wie z.B. die Anwendung des Kriteriums höherer Ableitungen oder die Untersuchung des Funktionsverlaufs in der Umgebung des kritischen Punktes. Beispiel: Gegeben sei die Funktion \( f(x) = x^3 - 3x^2 + 2 \). 1. **Erste Ableitung:** \( f'(x) = 3x^2 - 6x \) 2. **Kritische Punkte:** Setze \( f'(x) = 0 \): \( 3x^2 - 6x = 0 \) \( 3x(x - 2) = 0 \) \( x = 0 \) oder \( x = 2 \) 3. **Zweite Ableitung:** \( f''(x) = 6x - 6 \) 4. **Untersuchung der kritischen Punkte:** - Für \( x = 0 \): \( f''(0) = 6(0) - 6 = -6 \) (negativ, also lokales Maximum) - Für \( x = 2 \): \( f''(2) = 6(2) - 6 = 6 \) (positiv, also lokales Minimum) Zusammengefasst: - Bei \( x = 0 \) hat \( f \) ein lokales Maximum. - Bei \( x = 2 \) hat \( f \) ein lokales Minimum.

Accepted Answer

Um die Ableitung der Funktion \( f(x) = \frac{ax}{x + b} \) zu bestimmen, kannst du die Quotientenregel anwenden. Die Quotientenregel besagt, dass die Ableitung einer Funktion der Form \( \frac{u}{v}... [mehr]

Accepted Answer

Um die Ableitung der Funktion \( f(x) = \frac{ax}{x + b} \) zu bestimmen, kannst du die Quotientenregel anwenden. Die Quotientenregel besagt, dass die Ableitung einer Funktion der Form \( \frac{u}{v} \) gegeben ist durch: \[ f'(x) = \frac{u'v - uv'}{v^2} \] Hier ist \( u = ax \) und \( v = x + b \). 1. Berechne die Ableitungen \( u' \) und \( v' \): - \( u' = a \) - \( v' = 1 \) 2. Setze die Werte in die Quotientenregel ein: \[ f'(x) = \frac{(a)(x + b) - (ax)(1)}{(x + b)^2} \] 3. Vereinfache den Zähler: \[ f'(x) = \frac{ax + ab - ax}{(x + b)^2} = \frac{ab}{(x + b)^2} \] Die Ableitung von \( \frac{ax}{x + b} \) ist also: \[ f'(x) = \frac{ab}{(x + b)^2} \]

Accepted Answer

Die Ableitung der Funktion \( f(x) = 4,89^x \) kann mit der Exponentialregel abgeleitet werden. Die Ableitung ist gegeben durch: \[ f'() = 4,89^x \cdot \ln(4,89) \] Hierbei ist \( \ln(4,89) \)... [mehr]

Accepted Answer

Die Ableitung der Funktion \( f(x) = 4,89^x \) kann mit der Exponentialregel abgeleitet werden. Die Ableitung ist gegeben durch: \[ f'() = 4,89^x \cdot \ln(4,89) \] Hierbei ist \( \ln(4,89) \) der natürliche Logarithmus von 4,89.

Accepted Answer

Um die Ableitung der Funktion \( f(x) = x + \sqrt{x} \) zu bestimmen, gehen wir Schritt für Schritt vor. 1. **Identifikation der Funktionsteile**: Die Funktion besteht aus zwei Teilen: \( x \) u... [mehr]

Accepted Answer

Um die Ableitung der Funktion \( f(x) = x + \sqrt{x} \) zu bestimmen, gehen wir Schritt für Schritt vor. 1. **Identifikation der Funktionsteile**: Die Funktion besteht aus zwei Teilen: \( x \) und \( \sqrt{x} \). 2. **Ableitung der einzelnen Teile**: - Die Ableitung von \( x \) ist \( 1 \). - Die Ableitung von \( \sqrt{x} \) kann mit der Potenzregel abgeleitet werden. Zuerst schreiben wir \( \sqrt{x} \) als \( x^{1/2} \). Die Ableitung davon ist: \[ \frac{d}{dx}(x^{1/2}) = \frac{1}{2}x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x}}. \] 3. **Zusammenführen der Ableitungen**: Jetzt addieren wir die Ableitungen der beiden Teile: \[ f'(x) = 1 + \frac{1}{2\sqrt{x}}. \] 4. **Endergebnis**: Die Ableitung der Funktion \( f(x) = x + \sqrt{x} \) ist somit: \[ f'(x) = 1 + \frac{1}{2\sqrt{x}}. \] Das ist die gesuchte Ableitung mit dem entsprechenden Lösungsweg.

Accepted Answer

Um Aussagen über die Funktion \( f(x) = e^{v(x)} \) zu machen, wobei \( v(x) = x^2 \), betrachten wir zunächst die Ableitung von \( v(x) \). 1. **Ableitung von \( v(x) \)**: \[ v... [mehr]

Accepted Answer

Um Aussagen über die Funktion \( f(x) = e^{v(x)} \) zu machen, wobei \( v(x) = x^2 \), betrachten wir zunächst die Ableitung von \( v(x) \). 1. **Ableitung von \( v(x) \)**: \[ v'(x) = \frac{d}{dx}(x^2) = 2x \] 2. **Ableitung von \( f(x) \)**: Um die Ableitung von \( f(x) \) zu bestimmen, verwenden wir die Kettenregel: \[ f'(x) = \frac{d}{dx}(e^{v(x)}) = e^{v(x)} \cdot v'(x) = e^{x^2} \cdot 2x \] 3. **Verhalten von \( f(x) \)**: - \( f(x) \) ist immer positiv, da die Exponentialfunktion \( e^{x^2} \) für alle \( x \) positiv ist. - \( f'(x) = 2x e^{x^2} \) zeigt, dass die Funktion \( f(x) \) für \( x > 0 \) wächst (da \( f'(x) > 0 \)) und für \( x < 0 \) fällt (da \( f'(x) < 0 \)). Bei \( x = 0 \) hat die Funktion einen lokalen Extrempunkt. 4. **Extrempunkte**: - Der einzige kritische Punkt ist bei \( x = 0 \). Hier hat \( f(x) \) ein Minimum, da die Funktion für \( x < 0 \) abnimmt und für \( x > 0 \) zunimmt. Zusammenfassend kann man sagen, dass \( f(x) = e^{x^2} \) eine positive Funktion ist, die bei \( x = 0 \) ein Minimum hat und für \( x < 0 \) fällt und für \( x > 0 \) steigt.

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Die Ableitung von \(0,5^x\) kann mit der Regel für die Ableitung von Exponentialfunktionen berechnet werden. Die allgemeine Form der Ableitung einer Funktion \(a^x\) ist \(a^x \cdot \ln(a)\), wob... [mehr]

Accepted Answer

Die Ableitung von \(0,5^x\) kann mit der Regel für die Ableitung von Exponentialfunktionen berechnet werden. Die allgemeine Form der Ableitung einer Funktion \(a^x\) ist \(a^x \cdot \ln(a)\), wobei \(a\) eine positive Konstante ist. Für \(0,5^x\) ergibt sich somit: \[ \frac{d}{dx}(0,5^x) = 0,5^x \cdot \ln(0,5) \] Das bedeutet, die Ableitung von \(0,5^x\) ist \(0,5^x \cdot \ln(0,5)\).

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Um die dritte Ableitung der Funktion \( f(x) = (4x + 1) \cdot e^x \) zu berechnen, verwenden wir die Produktregel und die Ableitungen von \( e^x \). 1. **Erste Ableitung**: \[ f'(x) = (4x... [mehr]

Accepted Answer

Um die dritte Ableitung der Funktion \( f(x) = (4x + 1) \cdot e^x \) zu berechnen, verwenden wir die Produktregel und die Ableitungen von \( e^x \). 1. **Erste Ableitung**: \[ f'(x) = (4x + 1)' \cdot e^x + (4x + 1) \cdot (e^x)' \] \[ f'(x) = 4 \cdot e^x + (4x + 1) \cdot e^x = (4 + 4x + 1) \cdot e^x = (4x + 5) \cdot e^x \] 2. **Zweite Ableitung**: \[ f''(x) = (4x + 5)' \cdot e^x + (4x + 5) \cdot (e^x)' \] \[ f''(x) = 4 \cdot e^x + (4x + 5) \cdot e^x = (4 + 4x + 5) \cdot e^x = (4x + 9) \cdot e^x \] 3. **Dritte Ableitung**: \[ f'''(x) = (4x + 9)' \cdot e^x + (4x + 9) \cdot (e^x)' \] \[ f'''(x) = 4 \cdot e^x + (4x + 9) \cdot e^x = (4 + 4x + 9) \cdot e^x = (4x + 13) \cdot e^x \] Die dritte Ableitung von \( f(x) = (4x + 1) \cdot e^x \) ist also: \[ f'''(x) = (4x + 13) \cdot e^x \]