Differenzierbarkeit einer Funktion

Ableitungen von Funktionen werden in allen naturwissenschaftlichen Fächern benötigt. So ist beispielsweise die Ableitung der Streckenlänge nach der Zeit die Geschwindigkeit. Wie wir in einem anderen Kapitel kennenlernen werden, lässt sich aber nicht jede Funktion ableiten. Daher empfiehlt es sich bei komplexen Funktionen (die abgeleitet werden sollen) vor dem Ableiten die Funktion auf Differenzierbarkeit zu prüfen.

Differenzierbarkeit einer Funktion

Die Differenzierbarkeit einer Funktion bedeutet, dass diese Funktion differenzierbar ist, d.h. die Funktion kann nach einer beliebigen Variable abgeleitet werden. Je nach Lehrplan gibt es unterschiedliche “Definitionen” der Differenzierbarkeit, die am bekanntesten ist

  • Differenzierbarkeit einer Funktion bedeutet, dass der zugehörige Funktionsgraph an jeder Stelle eine eindeutig bestimmbare Tangente hat (anschaulich heisst das, dass der gezeichnete Graph keine Knicke oder Spitze zeigt)

Die rechnerische Ermittlung der Differenzierbarkeit erfolgt in drei Schritten:

  • Jeder x-Wert der Funktion (bzw. des Intervalls), die abgeleitet werden soll, muss ein Element der Definitionsmenge sein.
  • Die Funktion muss an jeder Stelle stetig sein
  • Der linke und rechte Grenzwert der Steigung (Differentialquotient bzw. 1. Ableitung) muss gleich sein. Dies lässt sich durch folgende “Formel” nachweisen:
Differenzierbarkeit

Die Überprüfung der Stetigkeit wird im entsprechenden Kapitel erläutert. Grundsätzlich gilt, dass in der Regel jede ganz-rationale Funktion in ihrem Definitionsbereich stetig ist, während gebrochen-rationale Funktionen nur in ihrem Definitionsbereich stetig sind.

Hinweise

  • Ist eine Funktion nicht stetig, so ist sie auch nicht differenzierbar
  • Eine Funktion kann an einer Stelle stetig sein, muss aber nicht differenzierbar sein.
  • Ist eine Funktion differenzierbar, ist die Funktion auch stetig.

Differenzierbarkeit einer Funktion – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter einer “differenzierbaren Funktion”?

Unter einer differenzierbaren Funktion versteht man eine Funktion, bei der ein bestimmter Punkt P auf der Funktion besteht und eine Tangente an diesem Punkt existiert, d.h. die Funktion ist in diesem Punkt glatt und hat keine Brüche, Ecken oder Sprünge.

2. Was ist der Unterschied zwischen einer differenzierbaren und einer nicht-differenzierbaren Funktion?

Eine differenzierbare Funktion hat an jedem Punkt ihrer Definition einen bestimmten Tangentenpunkt, während eine nicht-differenzierbare Funktion Ecken, Sprünge oder Unstetigkeitsstellen hat, an denen kein spezifischer Tangentenpunkt existiert.

3. Was ist die Ableitung einer Funktion?

Die Ableitung einer Funktion ist eine neue Funktion, die an jedem Punkt die Steigung der Tangente aufweist.

4. Wie ermittelt man die Ableitung einer Funktion?

Die Ableitung einer Funktion wird mithilfe der Differenzierbarkeit ermittelt. Es gibt verschiedene Regeln und Techniken, wie die Potenzregel, Produktregel, Quotientenregel usw.

5. Was ist der Hauptsatz der Differentialrechnung?

Der Hauptsatz der Differentialrechnung verbindet die Integralrechnung mit der Differentialrechnung. Es stellt fest, dass Differentiation und Integration gegensätzliche Operationen sind.

6. Wie kann man feststellen, ob eine Funktion an einem bestimmten Punkt differenzierbar ist?

Um festzustellen, ob eine Funktion an einem bestimmten Punkt differenzierbar ist, ist es notwendig zu überprüfen, ob der Grenzwert der Steigungen der Sekanten existiert, d.h. ob die linke und rechte Ableitung übereinstimmen.

7. Was bedeutet es, wenn eine Funktion in einem Punkt nicht differenzierbar ist?

Wenn eine Funktion an einem Punkt nicht differenzierbar ist, bedeutet das, dass es dort kein bestimmtes Verhalten aufweist. Es könnte einen Bruch, eine Ecke, Sprünge oder örtliche Maxima und Minima geben.

8. Was ist der geometrische Sinn der Ableitung?

Der geometrische Sinn der Ableitung ist die Steigung der Tangente an der Funktion an einem bestimmten Punkt. Es ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Funktion an diesem Punkt ändert.

9. Was ist der Unterschied zwischen einer stetigen und einer differenzierbaren Funktion?

Eine stetige Funktion hat einen durchgehenden Graphen, aber nicht alle stetigen Funktionen sind differenzierbar. Eine Funktion ist nur dann differenzierbar, wenn sie an jedem Punkt eine bestimmte Steigung oder Ableitung hat.

10. Was sind die Ableitungen der Grundfunktionen?

Die Ableitungen der Grundfunktionen sind die folgenden: Die Ableitung von x^n ist n*x^(n-1), die Ableitung von sin(x) ist cos(x), die Ableitung von cos(x) ist -sin(x), und die Ableitung von e^x ist e^x.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 27. Juli 2023