Die Potenzregel
Die Ableitungsregel \((x^n)'=n\,x^{n-1}\) wird rückwärts gelesen: Der Exponent steigt um \(1\), geteilt wird durch den neuen Exponenten.
Herleitung:
- Ganzzahlig:\(x^3\to\tfrac14x^4\), \(\;x\to\tfrac12x^2\), \(\;1=x^0\to x\).
- Negativ:\(\tfrac1{x^2}=x^{-2}\to\tfrac{1}{-1}\,x^{-1}=-\tfrac1x\) für \(x\ne0\).
- Gebrochen:\(\sqrt x=x^{\frac12}\to\tfrac{1}{3/2}\,x^{\frac32}=\tfrac23\,x^{\frac32}\) für \(x\ge0\).
- Sonderfall:\(r=-1\), also \(\tfrac1x\): Der Faktor \(\tfrac{1}{r+1}=\tfrac10\) existiert nicht — hier hilft die Regel nicht.
Potenzregel: \(f(x)=x^r\ \Rightarrow\ F(x)=\dfrac{1}{r+1}\,x^{r+1}\quad(r\ne-1)\)
Drei Grundfunktionen
Aus \((e^x)'=e^x\), \((\sin x)'=\cos x\) und \((\cos x)'=-\sin x\) liest man die Stammfunktionen rückwärts ab.
- \(e^x\):\(F(x)=e^x\) — die e-Funktion ist ihre eigene Stammfunktion.
- \(\cos x\):\(F(x)=\sin x\), denn \((\sin x)'=\cos x\).
- \(\sin x\):\(F(x)=-\cos x\), denn \((-\cos x)'=-(-\sin x)=\sin x\).
- Kreislauf:Ableiten: \(\sin x\to\cos x\to-\sin x\to-\cos x\to\sin x\) — Integrieren läuft ihn rückwärts.
- Bogenmaß:Die Regeln gelten nur, wenn \(x\) im Bogenmaß steht.
Bring die Karten in die richtige Reihenfolge: In Runde 1 zeigt jeder Pfeil zur Stammfunktion, in Runde 2 zur Ableitung. Ziehen oder antippen — oder mit Leertaste aufnehmen, Pfeiltasten, Leertaste ablegen.
Halte fest: Ableiten läuft den Kreislauf \(\sin x\to\cos x\to-\sin x\to-\cos x\) vorwärts, Integrieren läuft ihn rückwärts.
Stammfunktionen: \(e^x\to e^x\), \(\sin x\to-\cos x\), \(\cos x\to\sin x\)
Allgemeine Hinweise
Durch den neuen Exponenten
Zu \(x^5\) gehört \(\tfrac16x^6\), nicht \(\tfrac15x^6\) — erst den Exponenten erhöhen, dann durch ihn teilen.
Brüche und Wurzeln umschreiben
\(\tfrac{5}{x^4}\) erst als \(5x^{-4}\) schreiben: \(\tfrac{5}{-3}\,x^{-3}=-\tfrac{5}{3x^3}\). Den Nenner „hochzuintegrieren“ geht schief.
Das Minus beim Sinus
Zu \(\sin x\) gehört \(-\cos x\), nicht \(\cos x\) — denn \((\cos x)'=-\sin x\). Die Probe zeigt es in einer Zeile.
