Zusammenfassung - Differenzierbarkeit
Das Problem
Die Ableitung
Anleitung für das Applet
- Im Applet kann man die Funktion selbst festlegen. Hierzu gibt man den Funktionsterm im entsprechenden Eingabefenster ein.
- Die betrachtete Stelle
kann man ebenfalls mit einer geeigneten Eingabe selbst festlegen. - Die Schrittweite
wird mit dem Schieberegler eingestellt. Beachte, dass man positive und auch negative Schrittweiten wählen kann. - Mit Hilfe der Stelle
und der Schrittweite werden die beiden Punkte und auf Graph festgelegt. - Angezeigt wird die Sekante
durch die beiden Punkte und . Die Steigung dieser Sekante entspricht der mittleren Änderungsrate .
Zum Herunterladen: ableitung1.ggb
Diese Festlegung der Ableitung setzt voraus, dass der Grenzprozess auch tatsächlich zu einem Grenzwert führt. Wir betrachten hier Fälle, in denen dieser Grenzprozess zu Schwierigkeiten führt.
Eine Funktion mit einem Knick
im Graphen untersuchen
Das folgende Applet zeigt eine Funktion mit einem Knick
im Funktionsgraphen. Genau dieser Knickpunkt
soll jetzt genauer untersucht werden.
Anleitung für das Applet
- Vorgegeben ist eine Funktion
und eine Stelle . Diese Vorgaben kann man abändern, indem man andere Einträge in den entsprechenden Eingabefeldern macht. - Passend zur Stelle
ist der Punkt auf Graph hervorgehoben. Dieser Punkt befindet sich genau auf demKnick
. - Mit dem Schieberegler
kann man einen weiteren Punkt auf dem Funktionsgraphen einstellen. Beide Punkte – und – legen eine (grün dargestellte) Sekante fest. Die Steigung dieser Sekante wird jeweils angezeigt. - Das blau dargestellte Geradenstück soll dazu diesen, die Steigung von Graph
im Punkt zu veranschaulichen – wenn das denn hier möglich ist. Dieses Geradenstück kann man mit dem Ankerpunkt selbst ausrichten.
Zum Herunterladen: ableitung2.ggb
Für die Knickstelle
- Für
mit positiven -Werten erhält man . - Für
mit negativen -Werten erhält man . - Es gibt demnach keinen eindeutigen Grenzwert für die mittleren Änderungsraten beim Grenzprozess
. Geometrisch zeigt sich das darin, dass man dem Punkt keine eindeutige Steigung zuordnen kann.
Eine Funktion mit einem Sprung
im Graphen untersuchen
Das folgende Applet zeigt eine Funktion mit einem Sprung
im Funktionsgraphen. Dieser Sprungpunkt
soll jetzt genauer untersucht werden.
Anleitung für das Applet
- Vorgegeben ist eine Funktion
und eine Stelle . Diese Vorgaben kann man abändern, indem man andere Einträge in den entsprechenden Eingabefeldern macht. - Passend zur Stelle
ist der Punkt auf Graph hervorgehoben. Dieser Punkt befindet sich genau auf demKnick
. - Mit dem Schieberegler
kann man einen weiteren Punkt auf dem Funktionsgraphen einstellen. Beide Punkte – und – legen eine (grün dargestellte) Sekante fest. Die Steigung dieser Sekante wird jeweils angezeigt. - Das blau dargestellte Geradenstück soll dazu diesen, die Steigung von Graph
im Punkt zu veranschaulichen – wenn das denn hier möglich ist. Dieses Geradenstück kann man mit dem Ankerpunkt selbst ausrichten.
Zum Herunterladen: ableitung2b.ggb
Für die Sprungstelle
- Für
mit positiven -Werten erhält man . - Für
mit negativen -Werten erhält man . - Auch hier gibt es keinen Grenzwert für die mittleren Änderungsraten beim Grenzprozess
. Dem Punkt kann man keine eindeutige Steigung zuordnen.
Einen neuen Begriff einführen
Ein Knick
oder ein Sprung
im Funktionsgraph führt dazu, dass man die Steigung der Funktion in solchen Punkten bzw. die Ableitung an der entsprechenden Stelle nicht festlegen kann. Es gibt weitere solche problematische Situationen, die wir hier aber nicht betrachten werden.
Um solche problematischen Stellen auszuschließen, führt man einen Fachbegriff ein.
Differenzierbarkeit einer Funktion (an einer Stelle)
Eine Funktion
Eine Funktion
Die Existenz eines Grenzwerts bedeutet, dass die Sekantensteigungen für beliebige Annäherungen Knick
oder ein Sprung
im Funktionsgraphen gehört also immer zu einer Stelle, an der die Funktion nicht differenzierbar ist.
Beachte: Nur wenn die Funktion
Differenzierbarkeit an einer Stelle ist also immer die Grundvoraussetzung dafür, die Ableitung an dieser Stelle zu bilden.
Wichtige Info
Wir setzen in den weiteren Kapiteln immer die Differenzierbarkeit der betrachteten Funktion voraus, wenn wir ihre Ableitungen bilden.