Weitere Regeln der Differentialrechnung

Bisher wurden hauptsächlich ganzrationale Funktionen betrachtet. Andere Funktionen, von denen die Ableitung schon bekannt ist, sind die Wurzelfunktion und die „Kehrwertfunktion“:

.

Aus diesen Funktionen und den ganzrationalen Funktionen können weitere Funktionen gebildet werden, z.B.:

Um solche Funktionen abzuleiten, werden weitere Regeln benötigt.

1. Produktregel

Mit den bisher bekannten Regeln ist es nicht möglich, die Ableitung von  zu berechnen. Eine erste Vermutung könnte sein, dass jeder Faktor für sich abzuleiten ist:

Der Graph von f lässt schon einige Aussagen über f ' machen:

Es scheint, dass bei x = 0 eine waagerechte Tangente vorliegt, also: .

Der Graph von f steigt stets an, also:. Außerdem wird der Graph mit wachsendem x immer steiler, d.h. die Werte von f ' (x) werden immer größer.

Der Graph von  gibt dieses Verhalten nicht wieder. Die obige Vermutung über die Ableitung von f trifft daher nicht zu.

Die Ableitung einer Funktion war definiert als Grenzwert des Differenzenquotienten:

.

Angewendet auf die vorliegende Funktion:

Der Zähler kann geometrisch als Differenz zweier Rechteckflächen gedeutet werden.

Die schraffierte Fläche kann auch wie folgt zusammengesetzt werden:

.

Damit wird der Differenzenquotient

,

und im Grenzwert ergibt sich


 
 

Nun soll der allgemeine Fall betrachtet werden, dass die Funktion f das Produkt zweier Funktionen u und v ist: . Der Differenzenquotient lautet

.

Der Zähler kann wie in obigem Beispiel geometrisch als Differenz zweier Rechteckflächen gedeutet werden.

Die schraffierte Fläche kann wieder zusammengesetzt werden:

.

Für den Differenzenquotienten lässt sich also schreiben

,

und im Grenzwert ergibt sich

Damit ist die Produktregel gefunden:
 
Seiund u und v seien an der Stelle x differenzierbar. Dann ist auch uv an der Stelle x differenzierbar, und es gilt

.

Beispiele:

1) :

Hier ist . Anwenden der Produktregel ergibt

2) :

3) :

Hier ist natürlich die Summenregel zu berücksichtigen, und jeder Summand stellt ein Produkt dar, das nach der Produktregel abzuleiten ist:


Übungen

Leiten Sie jeweils mit der Produktregel ab.

Zur Erinnerung: Die Ableitungen der Sinus- und der Kosinusfunktion sind

.

1.

2.

3.