Arbeitsauftrag: Dies ist dein Arbeitsauftrag für diese Unterrichtswoche (4×45 Minuten + Eigenarbeitsanteil). Starte eine Stoppuhr jetzt (z.B. am Handy) und übernimm jede Erläuterung in eigenen Worten in deine Unterlagen. Bearbeite jeweils erst einmal eine Übung und die KI-Aufgabe pro Abschnitt (markiert durch blaue Schrift) und prüfe danach die Zeit. Pausiere die Stoppuhr bei Unterbrechungen. Bei insgesamt ~200 Minuten kannst du deine Arbeit beenden; ansonsten arbeite weiter. Schließe nach Beendigung der Aufgaben das Feedbackmodul ab und sende mir deine Antworten aus dem Feedbackmodul im Schulportal. Dies ist der Nachweis für deine Mitarbeit. Bei Fragen kannst du dich jederzeit im Schulportal oder per Mail bei mir melden. Wenn du konkrete Nachfragen zu einer Aufgabe/Rechnung hast, dann sende mir gerne ein Screenshot/Foto von der Aufgabe per Mail.
Disclaimer: Achtung! In den Aufgaben wirst du dazu aufgefordert, KI-Sprachmodelle zu nutzen. Wenn du das nicht möchtest oder darfst, kannst du diese Aufgaben überspringen. Bitte kläre dies vorher mit deinen Erziehungsberechtigten und lies die Datenschutzerklärungen sowie AGB.
Worum geht’s?
Die Ableitung \(f'(x)\) ist die momentane Steigung (Zuwachs pro „sehr kleinem Schritt“ in \(x\)).
Wir benutzen in diesem Abschnitt nur die Schreibweise mit dem Strich \(f'(x)\) und verzichten bewusst
auf andere Kurzschreibweisen.
Beispiele mit Begründung (keine Produkte, keine verschachtelten Exponenten):
1) \(f(x)=e^{x}\)
\(f'(x)=e^{x}\) (e-Regel)
2) \(g(x)=5e^{x}-7\)
\(g'(x)=5\,e^{x}-0=5e^{x}\) (Faktorregel, Konstantenregel, Summenregel)
3) \(h(x)=e^{2x}\)
\(h'(x)=2e^{2x}\) (Faustregel: Exponent \(2x\) ist linear)
4) \(p(x)=e^{-x}\)
\(p'(x)=-\,e^{-x}\) (Faustregel: Exponent \(-x\) ist linear)
5) \(q(x)=2e^{x-4}\)
\(q'(x)=2\cdot e^{x-4}=2e^{x-4}\) (Faktorregel + Faustregel: \(x-4\) ist linear)
6) \(r(x)=3e^{0{.}5x}+e^{x}\)
\(r'(x)=3\cdot 0{.}5\,e^{0{.}5x}+e^{x}=1{.}5\,e^{0{.}5x}+e^{x}\) (Faktor-, Summenregel + Faustregel)
7) \(s(x)=e^{x}+e^{3x}-4\)
\(s'(x)=e^{x}+3e^{3x}-0=e^{x}+3e^{3x}\) (Summen-, Konstanten- & e-/Faustregel)
8) \(t(x)=2^{x}\)
\(t'(x)=\ln(2)\cdot 2^{x}\) (Allgemeine Basis-Regel)
Tipp: Vergleiche deine Ergebnisse mit dem interaktiven Ableitungsrechner weiter unten.
Einleitung:
Oft sind Exponentialfunktionen verknüpft mit weiteren Termen. Dann sind diese nur unter Anwendung besonderer Regeln abzuleiten. In den Übungsaufgaben des vorherigen Abschnitts (hier) siehst du keine Verkettungen.
Ein Beispiel für eine verkettete e-Funktion wäre:
\[
f(x)=(2x+1)\,e^x
\quad\text{oder}\quad
g(x)=e^{3x^2}
\]
Hieran soll nun im Folgenden die Ableitungsregeln Produktregel und Kettenregel erklärt werden.
Produktregel: \((u\cdot v)' = u'\,v + u\,v'\)
Beispiel: \(f(x)=(2x+1)\,e^x\). Setze \(u=2x+1\Rightarrow u'=2\) und \(v=e^x\Rightarrow v'=e^x\). Dann
\[
f'(x)=2\cdot e^x + (2x+1)\cdot e^x = e^x(2x+3).
\]
Kettenregel: Für \(h(x)=f(g(x))\) gilt \(h'(x)=f'(g(x))\cdot g'(x)\).
Umgangssprachlich: „äußere Ableitung an der inneren mal innere Ableitung“.
Beispiel: \(g(x)=e^{3x^2}\). Außen \(f(u)=e^u\Rightarrow f'(u)=e^u\), innen \(u=3x^2\Rightarrow u'=6x\).
\[
g'(x)=e^{3x^2}\cdot 6x=6x\,e^{3x^2}.
\]
\(\,h(x)=(x^2+2)(e^{x}+1)\)
\(u=x^2+2,\;u'=2x,\;v=e^x+1,\;v'=e^x\)
\[
h'(x)=2x\,(e^x+1) + (x^2+2)\,e^x.
\]
\(\,k(x)=\sin(e^{2x})\)
Außen: \(f(u)=\sin(u),\;f'(u)=\cos(u)\); Innen: \(u=e^{2x},\;u'=2e^{2x}\)
\[
k'(x)= \cos(e^{2x})\cdot 2e^{2x}.
\]
Du kannst den interaktiven Ableitungsrechner nutzen, um dich zu überprüfen. Zeichne die Funktionen im Funktionsplotter: mathe-fa.de.
Nutze dieses Tool, um Ableitungen beliebiger Funktionen direkt im Browser zu berechnen.
Einleitung:
Gleichungen der Form
\[
a\cdot b^x = c
\]
löst du, indem du:
Hinweis: Der natürliche Logarithmus ist der Logarithmus zur Basis \(e\). Man schreibt
\[
\ln\!\biggl(\frac{c}{a}\biggr)
= \log_{e}\!\biggl(\frac{c}{a}\biggr).
\]
Bei Ausdrücken wie \(e^{2x}+3=10\) formst du zuerst auf reine \(e^{\dots}\)-Form um und wendest dann \(\ln\) nur auf positive Argumente an.
Verkettete E-Funktionen musst du mit Hilfe des Satzes vom Nullprodukt lösen. Ausdrücke der Form \(e^{x}\) sind stets ungleich Null. Können diese also ausgeklammert werden oder werden sie mit einem anderen Term multipliziert, muss der Teil in der Klammer bzw. der andere Faktor Null ergeben.
Beispiele 2a–2f (123mathe):
\[ \begin{aligned} \textbf{2a)}\quad &2\cdot e^{3x} - 6\cdot e^x = 0 \quad\Big|\; +6\,e^x \\[0.8em] &2\,e^{3x} = 6\,e^x \quad\Big|\; :2 \\[0.8em] &e^{3x} = 3\,e^x \quad\Big|\; \ln \\[0.8em] &3x = \ln(3) + x \quad\Big|\; -x \\[0.8em] &2x = \ln(3) \quad\Big|\; :2 \\[0.8em] &\boxed{x = \tfrac12\,\ln(3)} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \textbf{2b)}\quad &\frac{e^x}{2} - e^{x+1} = 0 \quad\Big|\; +e^{x+1} \\[0.8em] &\tfrac{e^x}{2} = e^{x+1} \quad\Big|\; \cdot2 \\[0.8em] &e^x = 2\,e^{x+1} \quad\Big|\; \ln \\[0.8em] &x = \ln(2) + x + 1 \quad\Big|\; -x \\[0.8em] &0 = \ln(2) + 1 \;\Rightarrow\; \text{Widerspruch (keine Lösung)} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \textbf{2c)}\quad &(x-2)\,e^{2x} - e^{2x} = 0 \\[0.8em] &e^{2x}\bigl[(x-2)-1\bigr] = 0 \\[0.8em] &x - 3 = 0 \\[0.8em] &\boxed{x = 3} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \textbf{2d)}\quad &-2x^2 \;\cdot\; e^{-x+2} = 0 \\[0.8em] &-2x^2 = 0 \quad(\text{da }e^{-x+2}\neq0)\\[0.8em] &\boxed{x = 0} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \textbf{2e)}\quad &x\,e^x - 3x = 0 \\[0.8em] &x\,(e^x - 3) = 0 \;\Rightarrow\; x_1 = 0 \\[0.8em] &e^x - 3 = 0 \quad\Big|\; +3 \\[0.8em] &e^x = 3 \quad\Big|\; \ln \\[0.8em] &\boxed{x_2 = \ln(3)} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \textbf{2f)}\quad &(3 + 2x)\,e^{x-1} = 0 \\[0.8em] &3 + 2x = 0 \quad(\text{da }e^{x-1}\neq0)\\[0.8em] &2x = -3 \quad\Big|\; :2 \\[0.8em] &\boxed{x = -\tfrac32} \end{aligned} \]
Blende Musterlösungen ein – erst nach eigener Bearbeitung. Du kannst einzelne Lösungen öffnen/schließen oder alle gleichzeitig anzeigen.
e-Regel, lineare Exponenten, Summen/Faktoren, \(a^x\).
Schritt-für-Schritt mit Markierung „innen/außen“.
Logarithmieren, Nullprodukt, kurze Checks.
Beantworte folgende Fragen und sende deine Antworten im Schulportal mit dem Betreff:
„Q1 GK HNR Feedback E-Learning-Modul 4“.