Wie kann man mit l'Hospital begründen, dass e^x schneller wächst als x^n?

Question

Wie kann man mit l'Hospital begründen, dass e^x schneller wächst als x^n?

Antwort

Verwandte Fragen

Wann kann ich die L'Hospital-Regel anwenden?

Warum wächst e^x schneller als x^n?

Wie bestimme ich den Grenzwert von e-Funktionen?

Bestimme das größtmögliche R≥0, dass die Reihe ∑ (von k=1 bis ∞) (k!)/(k^k) * x^k für alle x∈R mit |x|<R absolut konvergiert. Ergebnis auf drei Nachkommastellen?

Was ist der Grenzwert von e^x/x?

Accepted Answer

Um zu zeigen, dass \( e^x \) schneller wächst als \( x^n \) für jedes feste \( n \), kann man die Regel von l'Hôpital verwenden. Hier ist der Schritt-für-Schritt-Ansatz: 1. **Betrachte den Grenzwert**: Wir wollen den Grenzwert von \( \frac{x^n}{e^x} \) untersuchen, wenn \( x \) gegen unendlich geht: \[ \lim_{x \to \infty} \frac{x^n}{e^x} \] 2. **Form des Grenzwerts**: Wenn \( x \) gegen unendlich geht, wächst \( e^x \) exponentiell, während \( x^n \) polynomial wächst. Daher hat der Grenzwert die Form \( \frac{\infty}{\infty} \), was die Anwendung der Regel von l'Hôpital rechtfertigt. 3. **Anwendung der Regel von l'Hôpital**: Wir leiten den Zähler und den Nenner ab: - Der Zähler \( x^n \) hat die Ableitung \( n x^{n-1} \). - Der Nenner \( e^x \) hat die Ableitung \( e^x \). Somit erhalten wir: \[ \lim_{x \to \infty} \frac{x^n}{e^x} = \lim_{x \to \infty} \frac{n x^{n-1}}{e^x} \] 4. **Wiederhole die Anwendung**: Da der neue Zähler \( n x^{n-1} \) immer noch ein Polynom ist, können wir die Regel von l'Hôpital erneut anwenden. Nach \( n \) Anwendungen erhalten wir: \[ \lim_{x \to \infty} \frac{n!}{e^x} = 0 \] 5. **Schlussfolgerung**: Da der Grenzwert \( 0 \) ist, folgt, dass \( e^x \) schneller wächst als \( x^n \): \[ \lim_{x \to \infty} \frac{x^n}{e^x} = 0 \implies e^x \text{ wächst schneller als } x^n. \] Damit ist bewiesen, dass \( e^x \) schneller wächst als \( x^n \) für jedes feste \( n \).

Accepted Answer

Die l'Hospital-Regel kann angewendet werden, wenn du den Grenzwert eines Quotienten von zwei Funktionen untersuchen möchtest und dabei auf eine unbestimmte Form stößt, wie zum Bei... [mehr]

Accepted Answer

Die l'Hospital-Regel kann angewendet werden, wenn du den Grenzwert eines Quotienten von zwei Funktionen untersuchen möchtest und dabei auf eine unbestimmte Form stößt, wie zum Beispiel \( \frac{0}{0} \) oder \( \frac{\infty}{\infty} \). Die Regel besagt, dass du den Grenzwert des Quotienten der Ableitungen der beiden Funktionen betrachten kannst. Das bedeutet, wenn \( \lim_{x \to c} \frac{f(x)}{g(x)} \) eine unbestimmte Form ergibt, dann gilt: \[ \lim_{x \to c} \frac{f(x)}{g(x)} = \lim_{x \to c} \frac{f'(x)}{g'(x)} \] vorausgesetzt, der Grenzwert auf der rechten Seite existiert oder ist unendlich. Du kannst die Regel mehrmals anwenden, falls du weiterhin auf eine unbestimmte Form stößt.

Accepted Answer

Die Funktion \( e^x \) wächst schneller als jede Polynomfunktion \( x^n \) (wobei \( n \) eine positive ganze Zahl ist), die Exponentialfunktion eineante Wachstumsrate hat, die unabhängig vo... [mehr]

Accepted Answer

Die Funktion \( e^x \) wächst schneller als jede Polynomfunktion \( x^n \) (wobei \( n \) eine positive ganze Zahl ist), die Exponentialfunktion eineante Wachstumsrate hat, die unabhängig von \( x \) ist Mathematisch lässt sich dies durch den Vergleich der Ableitungen zeigen. Die Ableitung von \( e^x \) ist \( e^x \), während die Ableitung von \( x^n \) \( n \cdot x^{n-1} \) ist. Für große Werte von \( x \) wird \( e^x \) also immer größer als \( x^n \), da die Wachstumsrate von \( e^x \) exponentiell ist, während die Wachstumsrate von \( x^n \) polynomial bleibt. Ein weiterer Weg, dies zu zeigen, ist der L'Hôpital'sche Regel, die besagt, dass der Grenzwert des Verhältnisses zweier Funktionen, wenn beide gegen unendlich gehen, durch die Ableitungen dieser Funktionen bestimmt werden kann. Wenn man den Grenzwert von \( \frac{x^n}{e^x} \) für \( x \to \infty \) betrachtet, erhält man: \[ \lim_{x \to \infty} \frac{x^n}{e^x} = 0 \] Das bedeutet, dass \( e^x \) viel schneller wächst als \( x^n \), wenn \( x \) sehr groß wird.

Accepted Answer

Um den Grenzwert von Exponentialfunktionen (e-Funktionen) zu bestimmen, kannst du folgende Schritte befolgen: 1. **Identifiziere die Funktion**: Bestimme die Funktion, deren Grenzwert du berechnen m&... [mehr]

Accepted Answer

Um den Grenzwert von Exponentialfunktionen (e-Funktionen) zu bestimmen, kannst du folgende Schritte befolgen: 1. **Identifiziere die Funktion**: Bestimme die Funktion, deren Grenzwert du berechnen möchtest, z.B. \( f(x) = e^{g(x)} \), wobei \( g(x) \) eine Funktion ist, die von \( x \) abhängt. 2. **Bestimme den Grenzwert von \( g(x) \)**: Berechne den Grenzwert von \( g(x) \) für \( x \) gegen einen bestimmten Wert (z.B. \( x \to a \)). Das kann durch direkte Substitution, Faktorisierung oder L'Hôpital's Regel geschehen, falls der Grenzwert eine unbestimmte Form ergibt. 3. **Setze den Grenzwert in die Exponentialfunktion ein**: Wenn der Grenzwert von \( g(x) \) existiert und gleich \( L \) ist, dann gilt: \[ \lim_{x \to a} e^{g(x)} = e^{\lim_{x \to a} g(x)} = e^L \] 4. **Berücksichtige spezielle Fälle**: Achte auf spezielle Fälle wie \( g(x) \to \infty \) oder \( g(x) \to -\infty \), da dies den Grenzwert von \( e^{g(x)} \) beeinflusst: - Wenn \( g(x) \to \infty \), dann \( e^{g(x)} \to \infty \). - Wenn \( g(x) \to -\infty \), dann \( e^{g(x)} \to 0 \). 5. **Prüfe die Bedingungen**: Stelle sicher, dass die Bedingungen für die Anwendung der Grenzwertregeln erfüllt sind. Durch diese Schritte kannst du den Grenzwert von e-Funktionen systematisch bestimmen.

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Um den größtmöglichen Radius \( R \) zu bestimmen, für den die Reihe \[ \sum_{k=1}^{\infty} \frac{k!}{k^k} x^k \] für alle \( x \in \mathbb{R} \) mit \( |x| < R \) abso... [mehr]

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Um den größtmöglichen Radius \( R \) zu bestimmen, für den die Reihe \[ \sum_{k=1}^{\infty} \frac{k!}{k^k} x^k \] für alle \( x \in \mathbb{R} \) mit \( |x| < R \) absolut konvergiert, verwenden wir den Wurzel- oder Quotiententest. Hier ist der Quotiententest anwendbar. Betrachten wir den allgemeinen Term der Reihe: \[ a_k = \frac{k!}{k^k} x^k. \] Wir berechnen den Quotienten \( \frac{a_{k+1}}{a_k} \): \[ \frac{a_{k+1}}{a_k} = \frac{(k+1)!}{(k+1)^{k+1}} x^{k+1} \cdot \frac{k^k}{k! x^k} = \frac{(k+1) k^k}{(k+1)^{k+1}} x = \frac{k^k}{(k+1)^k} x. \] Nun vereinfachen wir den Ausdruck: \[ \frac{a_{k+1}}{a_k} = \left( \frac{k}{k+1} \right)^k x. \] Für große \( k \) gilt: \[ \left( \frac{k}{k+1} \right)^k = \left( 1 - \frac{1}{k+1} \right)^k \approx e^{-1} \quad \text{(nach dem Grenzwert von } \left(1 - \frac{1}{n}\right)^n \text{)}. \] Somit ergibt sich: \[ \frac{a_{k+1}}{a_k} \approx e^{-1} x. \] Für die Konvergenz der Reihe muss der Grenzwert des Quotienten kleiner als 1 sein: \[ |e^{-1} x| < 1 \implies |x| < e. \] Daraus folgt, dass der Radius der Konvergenz \( R = e \) ist. Das Ergebnis auf drei Nachkommastellen lautet: \[ R \approx 2.718. \]

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Der Grenzwert von \(\frac{e^x}{x}\) für \(x\) gegen 0 ist nicht definiert, da der Ausdruck für \(x = 0\) nicht definiert ist (wir erhalten eine Division durch Null). Wenn du jedoch den Grenz... [mehr]

Accepted Answer

Der Grenzwert von \(\frac{e^x}{x}\) für \(x\) gegen 0 ist nicht definiert, da der Ausdruck für \(x = 0\) nicht definiert ist (wir erhalten eine Division durch Null). Wenn du jedoch den Grenzwert für \(x\) gegen unendlich betrachtest, dann gilt: \[ \lim_{x \to \infty} \frac{e^x}{x} = \infty \] Das bedeutet, dass der Ausdruck unendlich groß wird, wenn \(x\) immer größer wird.