Zeige rechnerisch, dass die Funktion f(x) = x^4 - 8x^2 + 16 Tiefpunkte hat.

Question

Zeige rechnerisch, dass die Funktion f(x) = x^4 - 8x^2 + 16 Tiefpunkte hat.

Antwort

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Was ist die Produktregel einfach erklärt?

Wie lautet die erste Ableitung der Quadratwurzel von x?

Welcher Wortschatz ist typisch bei der Laplace-Transformation?

Was ist die Produktregel?

Wie lautet die Ableitung von f(x)=e^(a*x)?

Welche Funktion hat ein Maximum bei (332.0822, 0.83269) und ein Minimum bei (332.2387, -0.82764) und konvergiert für x gegen unendlich gegen die x-Achse?

Welche Funktion besitzt sowohl ein Minimum als auch ein Maximum und hat auf beiden Seiten eine Asymptote zur x-Achse?

Was ist eine ganzrationale Funktion?

Ist die Funktion g(x) = |x-1| + |x-2| differenzierbar?

-cos(x) abgeleitet?

Accepted Answer

Um zu zeigen, dass die Funktion \( f(x) = x^4 - 8x^2 + 16 \) ein Tiefpunkt hat, müssen wir die Ableitungen der Funktion untersuchen. 1. **Erste Ableitung**: Zuerst berechnen wir die erste Ableitung \( f'(x) \): \[ f'(x) = \frac{d}{dx}(x^4 - 8x^2 + 16) = 4x^3 - 16x \] 2. **Nullstellen der ersten Ableitung**: Setze die erste Ableitung gleich null, um die kritischen Punkte zu finden: \[ 4x^3 - 16x = 0 \] Faktorisieren: \[ 4x(x^2 - 4) = 0 \] Das ergibt: \[ 4x(x - 2)(x + 2) = 0 \] Die Nullstellen sind: \[ x = 0, \quad x = 2, \quad x = -2 \] 3. **Zweite Ableitung**: Um zu bestimmen, ob es sich bei diesen Punkten um Tief- oder Hochpunkte handelt, berechnen wir die zweite Ableitung \( f''(x) \): \[ f''(x) = \frac{d}{dx}(4x^3 - 16x) = 12x^2 - 16 \] 4. **Werte der zweiten Ableitung an den kritischen Punkten**: - Für \( x = 0 \): \[ f''(0) = 12(0)^2 - 16 = -16 \quad (\text{Hochpunkt}) \] - Für \( x = 2 \): \[ f''(2) = 12(2)^2 - 16 = 12 \cdot 4 - 16 = 48 - 16 = 32 \quad (\text{Tiefpunkt}) \] - Für \( x = -2 \): \[ f''(-2) = 12(-2)^2 - 16 = 12 \cdot 4 - 16 = 48 - 16 = 32 \quad (\text{Tiefpunkt}) \] 5. **Zusammenfassung**: Die Funktion hat bei \( x = 2 \) und \( x = -2 \) Tiefpunkte, da die zweite Ableitung an diesen Stellen positiv ist. Bei \( x = 0 \) handelt es sich um einen Hochpunkt, da die zweite Ableitung negativ ist. Somit ist die Funktion \( f(x) = x^4 - 8x^2 + 16 \) bei \( x = 2 \) und \( x = -2 \) ein Tiefpunkt.

Accepted Answer

Die Produktregel ist eine wichtige Regel in der Differentialrechnung. Sie hilft dir, die Ableitung eines Produkts aus zwei Funktionen zu berechnen. Stell dir vor, du hast zwei Funktionen: f(x) und g(... [mehr]

Accepted Answer

Die Produktregel ist eine wichtige Regel in der Differentialrechnung. Sie hilft dir, die Ableitung eines Produkts aus zwei Funktionen zu berechnen. Stell dir vor, du hast zwei Funktionen: f(x) und g(x). Du möchtest die Ableitung von f(x) · g(x) berechnen. Die Produktregel sagt: **(f(x) · g(x))' = f'(x) · g(x) + f(x) · g'(x)** Das bedeutet: Du leitest zuerst die erste Funktion ab und multiplizierst sie mit der zweiten Funktion (so wie sie ist). Dann leitest du die zweite Funktion ab und multiplizierst sie mit der ersten Funktion (so wie sie ist). Am Ende addierst du beide Ergebnisse. **Beispiel:** f(x) = x², g(x) = sin(x) Dann ist die Ableitung: (x² · sin(x))' = 2x · sin(x) + x² · cos(x) So kannst du die Produktregel einfach anwenden!

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Die zweite Wurzel von \( x \) ist gleich \( \sqrt{x} \) oder \( x^{1/2} \). Die erste Ableitung davon ist: \[ \frac{d}{dx} \left( x^{1/2} \right) = \frac{1}{2} x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x}} \] **A... [mehr]

Accepted Answer

Die zweite Wurzel von \( x \) ist gleich \( \sqrt{x} \) oder \( x^{1/2} \). Die erste Ableitung davon ist: \[ \frac{d}{dx} \left( x^{1/2} \right) = \frac{1}{2} x^{-1/2} = \frac{1}{2\sqrt{x}} \] **Antwort:** Die erste Ableitung von \( \sqrt{x} \) ist \( \frac{1}{2\sqrt{x}} \).

Accepted Answer

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Accepted Answer

Typischer Wortschatz im Zusammenhang mit der Laplace-Transformation umfasst folgende Begriffe: - **Laplace-Transformation**: Integraltransformation, die eine Funktion \( f(t) \) in eine Funktion \( F(s) \) im Bildbereich überführt. - **Rücktransformation** (Inverse Laplace-Transformation): Umkehrung der Laplace-Transformation, Rückführung in den Zeitbereich. - **Zeitbereich**: Bereich, in dem die ursprüngliche Funktion \( f(t) \) definiert ist. - **Bildbereich**: Bereich, in dem die transformierte Funktion \( F(s) \) existiert. - **s-Bereich**: Komplexe Variable \( s \) im Bildbereich (\( s = \sigma + j\omega \)). - **Übertragungsfunktion**: Funktion, die das Verhalten eines Systems im Bildbereich beschreibt. - **Pol**: Wert von \( s \), bei dem \( F(s) \) gegen unendlich strebt. - **Nullstelle**: Wert von \( s \), bei dem \( F(s) = 0 \). - **Kausalität**: Eigenschaft, dass eine Funktion nur für \( t \geq 0 \) definiert ist. - **Lineare Differentialgleichung**: Gleichung, die oft mit Hilfe der Laplace-Transformation gelöst wird. - **Anfangsbedingungen**: Startwerte der Funktion und ihrer Ableitungen bei \( t = 0 \). - **Einseitige Laplace-Transformation**: Transformation für \( t \geq 0 \). - **Zweiseitige Laplace-Transformation**: Transformation für \( -\infty < t < \infty \). - **Faltungssatz**: Regel zur Berechnung der Laplace-Transformation des Faltungsintegrals zweier Funktionen. - **Frequenzbereich**: Bereich, in dem die Frequenzkomponenten einer Funktion betrachtet werden. - **Residuensatz**: Methode zur Berechnung der Rücktransformation mittels komplexer Integration. - **Sprungfunktion** (Heaviside-Funktion): Häufig verwendete Funktion als Eingangssignal. - **Impulsfunktion** (Dirac-Delta-Funktion): Idealisierte Funktion zur Modellierung von Impulsen. Diese Begriffe sind grundlegend für das Verständnis und die Anwendung der Laplace-Transformation in Mathematik, Physik und Ingenieurwissenschaften.

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Die Produktregel ist eine wichtige Ableitungsregel in der Differentialrechnung. Sie wird verwendet, wenn du die Ableitung eines Produkts zweier Funktionen berechnen möchtest. Angenommen, du hast... [mehr]

Accepted Answer

Die Produktregel ist eine wichtige Ableitungsregel in der Differentialrechnung. Sie wird verwendet, wenn du die Ableitung eines Produkts zweier Funktionen berechnen möchtest. Angenommen, du hast zwei Funktionen \( f(x) \) und \( g(x) \). Das Produkt dieser beiden Funktionen ist \( h(x) = f(x) \cdot g(x) \). Die Produktregel besagt: \[ h'(x) = f'(x) \cdot g(x) + f(x) \cdot g'(x) \] Das bedeutet: Die Ableitung des Produkts ist gleich der Ableitung der ersten Funktion mal der zweiten Funktion, plus die erste Funktion mal der Ableitung der zweiten Funktion. **Beispiel:** Sei \( f(x) = x^2 \) und \( g(x) = \sin(x) \). Dann ist \( h(x) = x^2 \cdot \sin(x) \). Die Ableitungen sind: - \( f'(x) = 2x \) - \( g'(x) = \cos(x) \) Nach der Produktregel: \[ h'(x) = 2x \cdot \sin(x) + x^2 \cdot \cos(x) \] So kannst du die Produktregel anwenden, um die Ableitung eines Produkts zu berechnen.

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Die Ableitung der Funktion \( f(x) = e^{a \cdot x} \) nach \( x \) ist: \[ f'(x) = a \cdot e^{a \cdot x} \] Dabei ist \( a \) eine Konstante.

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Die Ableitung der Funktion \( f(x) = e^{a \cdot x} \) nach \( x \) ist: \[ f'(x) = a \cdot e^{a \cdot x} \] Dabei ist \( a \) eine Konstante.

Kategorie: Mathematik Tags: Ableitung Exponentialfunktion Mathematik

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Gesucht ist eine Funktion \( f(x) \), die - ein Maximum bei \( (332.0822,\ 0.83269) \), - ein Minimum bei \( (332.2387,\ -0.82764) \) hat, - und für \( x \to \infty \) gegen die x-Achse (also \(... [mehr]

Accepted Answer

Gesucht ist eine Funktion \( f(x) \), die - ein Maximum bei \( (332.0822,\ 0.83269) \), - ein Minimum bei \( (332.2387,\ -0.82764) \) hat, - und für \( x \to \infty \) gegen die x-Achse (also \( f(x) \to 0 \)) konvergiert. Eine typische Funktionsform, die solche Eigenschaften aufweist, ist die **gedämpfte Sinusfunktion** oder eine **Gauß-modulierte Sinusfunktion**. Ein Beispiel: \[ f(x) = A \cdot e^{-k(x-x_0)} \cdot \sin(\omega(x-x_0)) \] Hierbei: - \( A \) ist die Amplitude, - \( k \) ist die Dämpfung, - \( x_0 \) ist eine Verschiebung, - \( \omega \) ist die Kreisfrequenz. **Vorgehen zur Bestimmung der Parameter:** 1. **Null-Lage:** Da die Extrema sehr nahe beieinander liegen, ist die Periode klein. Die Funktion schwingt also nur wenig. 2. **Maximum und Minimum:** Die Werte und Abstände der Extrema bestimmen Amplitude und Frequenz. 3. **Asymptotisches Verhalten:** Der Exponentialterm sorgt dafür, dass \( f(x) \to 0 \) für \( x \to \infty \). **Konkretisierung:** Setze \( x_0 = 332.0822 \) (Maximum bei \( x_0 \)), dann ist das Minimum bei \( x_1 = 332.2387 \). Der Abstand zwischen Maximum und Minimum ist: \[ \Delta x = x_1 - x_0 = 332.2387 - 332.0822 = 0.1565 \] Für eine Sinusfunktion liegt das Minimum eine halbe Periode nach dem Maximum, also: \[ \frac{T}{2} = 0.1565 \implies T = 0.313 \] \[ \omega = \frac{2\pi}{T} \approx \frac{2\pi}{0.313} \approx 20.08 \] Die Amplitude ist etwa der Mittelwert der Beträge der Extrema: \[ A \approx \frac{0.83269 + 0.82764}{2} \approx 0.830 \] Die Dämpfung \( k \) muss so gewählt werden, dass die Funktion für große \( x \) gegen 0 geht. Ein kleiner positiver Wert, z.B. \( k = 0.01 \), reicht oft. **Beispielhafte Funktion:** \[ f(x) = 0.830 \cdot e^{-0.01(x-332.0822)} \cdot \sin(20.08(x-332.0822)) \] Diese Funktion hat: - Ein Maximum bei \( x = 332.0822 \) mit ca. 0.83, - Ein Minimum bei \( x = 332.2387 \) mit ca. -0.83, - Und konvergiert für \( x \to \infty \) gegen 0. **Hinweis:** Die Werte sind angenähert. Für exakte Werte müsste man die Gleichungen für Maximum und Minimum exakt lösen. **Weitere Informationen:** - [Sinusfunktion – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Sinus_und_Kosinus) - [Gedämpfte Schwingung – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Ged%C3%A4mpfte_Schwingung)

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Ein Beispiel für eine Funktion, die ein Minimum und ein Maximum besitzt und auf beiden Seiten (für \( x \to -\infty \) und \( x \to +\infty \)) die x-Achse als Asymptote hat, ist die Funktio... [mehr]

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Ein Beispiel für eine Funktion, die ein Minimum und ein Maximum besitzt und auf beiden Seiten (für \( x \to -\infty \) und \( x \to +\infty \)) die x-Achse als Asymptote hat, ist die Funktion \[ f(x) = \frac{x^3}{1 + x^2} \] **Eigenschaften:** - Für \( x \to \pm\infty \) gilt: \( f(x) \to 0 \) (x-Achse ist Asymptote). - Die Funktion hat ein lokales Maximum und ein lokales Minimum. **Begründung:** - Die Ableitung \( f'(x) = \frac{3x^2(1 + x^2) - 2x^4}{(1 + x^2)^2} \) zeigt, dass es zwei Extremstellen gibt. - Die Funktion ist für alle \( x \) definiert. **Graphische Darstellung:** Du kannst dir den Graphen z.B. bei [Desmos](https://www.desmos.com/calculator) oder [GeoGebra](https://www.geogebra.org/graphing) anschauen, um die Eigenschaften zu überprüfen. **Zusammenfassung:** \[ f(x) = \frac{x^3}{1 + x^2} \] ist eine Funktion mit Minimum, Maximum und der x-Achse als Asymptote auf beiden Seiten.

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Eine ganzrationale Funktion ist eine Funktion, die durch ein Polynom dargestellt wird. Das bedeutet, sie hat die Form f(x) = aₙxⁿ + aₙ₋₁xⁿ⁻¹ + ... + a₁x + a₀ Dabei sind a₀, a₁, ..., aₙ reelle Z... [mehr]

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Eine ganzrationale Funktion ist eine Funktion, die durch ein Polynom dargestellt wird. Das bedeutet, sie hat die Form f(x) = aₙxⁿ + aₙ₋₁xⁿ⁻¹ + ... + a₁x + a₀ Dabei sind a₀, a₁, ..., aₙ reelle Zahlen (die sogenannten Koeffizienten) und n ist eine natürliche Zahl (der Grad des Polynoms). Die Variable x darf nur mit ganzzahligen, nicht-negativen Exponenten vorkommen. Es gibt keine Brüche, Wurzeln oder andere Funktionen von x. Beispiele für ganzrationale Funktionen: - f(x) = 2x³ - 5x + 7 (Polynom dritten Grades) - f(x) = x² + 4x + 4 (Polynom zweiten Grades) - f(x) = 5 (Polynom nullten Grades) Ganzrationale Funktionen werden auch als Polynomfunktionen bezeichnet.

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Die Funktion \( g(x) = |x-1| + |x-2| \) ist **nicht überall differenzierbar**. **Begründung:** Der Ausdruck \( |x-a| \) ist an der Stelle \( x = a \) **nicht differenzierbar**, da dort ein... [mehr]

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Die Funktion \( g(x) = |x-1| + |x-2| \) ist **nicht überall differenzierbar**. **Begründung:** Der Ausdruck \( |x-a| \) ist an der Stelle \( x = a \) **nicht differenzierbar**, da dort ein "Knick" im Graphen ist. In deinem Fall gibt es zwei solche Stellen: bei \( x = 1 \) und bei \( x = 2 \). **Im Detail:** - Für \( x < 1 \): \( g(x) = (1-x) + (2-x) = 3 - 2x \) - Für \( 1 \leq x < 2 \): \( g(x) = (x-1) + (2-x) = 1 \) - Für \( x \geq 2 \): \( g(x) = (x-1) + (x-2) = 2x - 3 \) **Ableitungen:** - Für \( x < 1 \): \( g'(x) = -2 \) - Für \( 1 < x < 2 \): \( g'(x) = 0 \) - Für \( x > 2 \): \( g'(x) = 2 \) **An den Stellen \( x = 1 \) und \( x = 2 \):** - Bei \( x = 1 \): Linksseitige Ableitung ist \(-2\), rechtsseitige ist \(0\) ⇒ **nicht differenzierbar** - Bei \( x = 2 \): Linksseitige Ableitung ist \(0\), rechtsseitige ist \(2\) ⇒ **nicht differenzierbar** **Fazit:** \( g(x) \) ist **differenzierbar für alle \( x \) außer bei \( x = 1 \) und \( x = 2 \)**. An diesen beiden Stellen ist die Funktion **nicht differenzierbar**.

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Die Ableitung von \(-\cos(x)\) nach \(x\) ist: \[ \frac{d}{dx}[-\cos(x)] = \sin(x) \] Das Minuszeichen bleibt erhalten, und die Ableitung von \(\cos(x)\) ist \(-\sin(x)\), also: \[ -\frac{d}{dx}[\c... [mehr]

Accepted Answer

Die Ableitung von \(-\cos(x)\) nach \(x\) ist: \[ \frac{d}{dx}[-\cos(x)] = \sin(x) \] Das Minuszeichen bleibt erhalten, und die Ableitung von \(\cos(x)\) ist \(-\sin(x)\), also: \[ -\frac{d}{dx}[\cos(x)] = -(-\sin(x)) = \sin(x) \]