Analysis Beispiele

Finde die Tangente an einem bestimmten Punkt unter Anwendung der Grenzwertdefinition
y=3x3+x+3y=3x3+x+3 , (1,7)(1,7)
Schritt 1
Schreibe y=3x3+x+3y=3x3+x+3 als Funktion.
f(x)=3x3+x+3f(x)=3x3+x+3
Schritt 2
Prüfe, ob sich der gegebene Punkt auf dem Graphen der gegebenen Funktion befindet.
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Schritt 2.1
Berechne f(x)=3x3+x+3f(x)=3x3+x+3 bei x=1x=1.
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Schritt 2.1.1
Ersetze in dem Ausdruck die Variable xx durch 11.
f(1)=3(1)3+1+3f(1)=3(1)3+1+3
Schritt 2.1.2
Vereinfache das Ergebnis.
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Schritt 2.1.2.1
Entferne die Klammern.
f(1)=3(1)3+1+3f(1)=3(1)3+1+3
Schritt 2.1.2.2
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 2.1.2.2.1
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
f(1)=31+1+3f(1)=31+1+3
Schritt 2.1.2.2.2
Mutltipliziere 33 mit 11.
f(1)=3+1+3f(1)=3+1+3
f(1)=3+1+3f(1)=3+1+3
Schritt 2.1.2.3
Vereinfache durch Addieren von Zahlen.
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Schritt 2.1.2.3.1
Addiere 33 und 11.
f(1)=4+3f(1)=4+3
Schritt 2.1.2.3.2
Addiere 44 und 33.
f(1)=7f(1)=7
f(1)=7f(1)=7
Schritt 2.1.2.4
Die endgültige Lösung ist 77.
77
77
77
Schritt 2.2
Da 7=77=7, liegt der Punkt auf dem Graph.
Der Punkt liegt auf dem Graphen
Der Punkt liegt auf dem Graphen
Schritt 3
Die Steigung der Tangente ist die Ableitung des Ausdrucks.
mm == Die Ableitung von f(x)=3x3+x+3f(x)=3x3+x+3
Schritt 4
Betrachte die Grenzwertdefinition der Ableitung.
f(x)=limh0f(x+h)-f(x)hf'(x)=limh0f(x+h)f(x)h
Schritt 5
Bestimme die Komponenten der Definition.
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Schritt 5.1
Berechne die Funktion bei x=x+hx=x+h.
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Schritt 5.1.1
Ersetze in dem Ausdruck die Variable xx durch x+hx+h.
f(x+h)=3(x+h)3+x+h+3f(x+h)=3(x+h)3+x+h+3
Schritt 5.1.2
Vereinfache das Ergebnis.
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Schritt 5.1.2.1
Entferne die Klammern.
f(x+h)=3(x+h)3+x+h+3f(x+h)=3(x+h)3+x+h+3
Schritt 5.1.2.2
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 5.1.2.2.1
Wende den binomischen Lehrsatz an.
f(x+h)=3(x3+3x2h+3xh2+h3)+x+h+3f(x+h)=3(x3+3x2h+3xh2+h3)+x+h+3
Schritt 5.1.2.2.2
Wende das Distributivgesetz an.
f(x+h)=3x3+3(3x2h)+3(3xh2)+3h3+x+h+3f(x+h)=3x3+3(3x2h)+3(3xh2)+3h3+x+h+3
Schritt 5.1.2.2.3
Vereinfache.
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Schritt 5.1.2.2.3.1
Mutltipliziere 33 mit 33.
f(x+h)=3x3+9(x2h)+3(3xh2)+3h3+x+h+3f(x+h)=3x3+9(x2h)+3(3xh2)+3h3+x+h+3
Schritt 5.1.2.2.3.2
Mutltipliziere 33 mit 33.
f(x+h)=3x3+9(x2h)+9(xh2)+3h3+x+h+3f(x+h)=3x3+9(x2h)+9(xh2)+3h3+x+h+3
f(x+h)=3x3+9(x2h)+9(xh2)+3h3+x+h+3f(x+h)=3x3+9(x2h)+9(xh2)+3h3+x+h+3
Schritt 5.1.2.2.4
Entferne die Klammern.
f(x+h)=3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3f(x+h)=3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3
f(x+h)=3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3f(x+h)=3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3
Schritt 5.1.2.3
Die endgültige Lösung ist 3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+33x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3.
3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+33x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3
3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+33x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3
3x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+33x3+9x2h+9xh2+3h3+x+h+3
Schritt 5.2
Stelle um.
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Schritt 5.2.1
Bewege x2x2.
3x3+9hx2+9xh2+3h3+x+h+33x3+9hx2+9xh2+3h3+x+h+3
Schritt 5.2.2
Bewege xx.
3x3+9hx2+9h2x+3h3+x+h+33x3+9hx2+9h2x+3h3+x+h+3
Schritt 5.2.3
Bewege xx.
3x3+9hx2+9h2x+3h3+h+x+33x3+9hx2+9h2x+3h3+h+x+3
Schritt 5.2.4
Bewege 3x33x3.
9hx2+9h2x+3h3+3x3+h+x+39hx2+9h2x+3h3+3x3+h+x+3
Schritt 5.2.5
Bewege 9hx29hx2.
9h2x+3h3+9hx2+3x3+h+x+39h2x+3h3+9hx2+3x3+h+x+3
Schritt 5.2.6
Stelle 9h2x9h2x und 3h33h3 um.
3h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+33h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3
3h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+33h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3
Schritt 5.3
Bestimme die Komponenten der Definition.
f(x+h)=3h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3f(x+h)=3h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3
f(x)=3x3+x+3f(x)=3x3+x+3
f(x+h)=3h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3f(x+h)=3h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3
f(x)=3x3+x+3f(x)=3x3+x+3
Schritt 6
Setze die Komponenten ein.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3-(3x3+x+3)hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3(3x3+x+3)h
Schritt 7
Vereinfache.
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Schritt 7.1
Vereinfache den Zähler.
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Schritt 7.1.1
Wende das Distributivgesetz an.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3-(3x3)-x-13hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3(3x3)x13h
Schritt 7.1.2
Vereinfache.
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Schritt 7.1.2.1
Mutltipliziere 33 mit -11.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3-3x3-x-13hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+33x3x13h
Schritt 7.1.2.2
Mutltipliziere -11 mit 33.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3-3x3-x-3hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+33x3x3h
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+3-3x3-x-3hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+3x3+h+x+33x3x3h
Schritt 7.1.3
Subtrahiere 3x33x3 von 3x33x3.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+x+3+0-x-3hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+x+3+0x3h
Schritt 7.1.4
Addiere 3h33h3 und 00.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+x+3-x-3hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+x+3x3h
Schritt 7.1.5
Subtrahiere xx von xx.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+0+3-3hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+0+33h
Schritt 7.1.6
Addiere 3h33h3 und 00.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+3-3hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+33h
Schritt 7.1.7
Subtrahiere 33 von 33.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+0hf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+h+0h
Schritt 7.1.8
Addiere 3h3+9h2x+9hx2+h3h3+9h2x+9hx2+h und 00.
f(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+hhf'(x)=limh03h3+9h2x+9hx2+hh
Schritt 7.1.9
Faktorisiere hh aus 3h3+9h2x+9hx2+h3h3+9h2x+9hx2+h heraus.
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Schritt 7.1.9.1
Faktorisiere hh aus 3h33h3 heraus.
f(x)=limh0h(3h2)+9h2x+9hx2+hhf'(x)=limh0h(3h2)+9h2x+9hx2+hh
Schritt 7.1.9.2
Faktorisiere hh aus 9h2x9h2x heraus.
f(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+9hx2+hhf'(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+9hx2+hh
Schritt 7.1.9.3
Faktorisiere hh aus 9hx29hx2 heraus.
f(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+h(9x2)+hhf'(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+h(9x2)+hh
Schritt 7.1.9.4
Potenziere hh mit 11.
f(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+h(9x2)+hhf'(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+h(9x2)+hh
Schritt 7.1.9.5
Faktorisiere hh aus h1h1 heraus.
f(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+h(9x2)+h1hf'(x)=limh0h(3h2)+h(9hx)+h(9x2)+h1h
Schritt 7.1.9.6
Faktorisiere hh aus h(3h2)+h(9hx)h(3h2)+h(9hx) heraus.
f(x)=limh0h(3h2+9hx)+h(9x2)+h1hf'(x)=limh0h(3h2+9hx)+h(9x2)+h1h
Schritt 7.1.9.7
Faktorisiere hh aus h(3h2+9hx)+h(9x2)h(3h2+9hx)+h(9x2) heraus.
f(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2)+h1hf'(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2)+h1h
Schritt 7.1.9.8
Faktorisiere hh aus h(3h2+9hx+9x2)+h1h(3h2+9hx+9x2)+h1 heraus.
f(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)hf'(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)h
f(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)hf'(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)h
f(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)hf'(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)h
Schritt 7.2
Vereinfache den Ausdruck durch Kürzen der gemeinsamen Faktoren.
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Schritt 7.2.1
Kürze den gemeinsamen Faktor von hh.
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Schritt 7.2.1.1
Kürze den gemeinsamen Faktor.
f(x)=limh0h(3h2+9hx+9x2+1)h
Schritt 7.2.1.2
Dividiere 3h2+9hx+9x2+1 durch 1.
f(x)=limh03h2+9hx+9x2+1
f(x)=limh03h2+9hx+9x2+1
Schritt 7.2.2
Vereinfache den Ausdruck.
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Schritt 7.2.2.1
Bewege h.
f(x)=limh03h2+9xh+9x2+1
Schritt 7.2.2.2
Bewege 3h2.
f(x)=limh09xh+9x2+3h2+1
Schritt 7.2.2.3
Stelle 9xh und 9x2 um.
f(x)=limh09x2+9xh+3h2+1
f(x)=limh09x2+9xh+3h2+1
f(x)=limh09x2+9xh+3h2+1
f(x)=limh09x2+9xh+3h2+1
Schritt 8
Zerlege den Grenzwert unter Anwendung der Summenregel für Grenzwerte auf den Grenzwert, wenn h sich an 0 annähert.
limh09x2+limh09xh+limh03h2+limh01
Schritt 9
Berechne den Grenzwert von 9x2, welcher konstant ist, wenn h sich 0 annähert.
9x2+limh09xh+limh03h2+limh01
Schritt 10
Ziehe den Term 9x aus dem Grenzwert, da er konstant bezüglich h ist.
9x2+9xlimh0h+limh03h2+limh01
Schritt 11
Ziehe den Term 3 aus dem Grenzwert, da er konstant bezüglich h ist.
9x2+9xlimh0h+3limh0h2+limh01
Schritt 12
Ziehe den Exponenten 2 von h2 aus dem Grenzwert durch Anwendung der Potenzregel für Grenzwerte.
9x2+9xlimh0h+3(limh0h)2+limh01
Schritt 13
Berechne den Grenzwert von 1, welcher konstant ist, wenn h sich 0 annähert.
9x2+9xlimh0h+3(limh0h)2+1
Schritt 14
Berechne die Grenzwerte durch Einsetzen von 0 für alle h.
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Schritt 14.1
Berechne den Grenzwert von h durch Einsetzen von 0 für h.
9x2+9x0+3(limh0h)2+1
Schritt 14.2
Berechne den Grenzwert von h durch Einsetzen von 0 für h.
9x2+9x0+302+1
9x2+9x0+302+1
Schritt 15
Vereinfache die Lösung.
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Schritt 15.1
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 15.1.1
Multipliziere 9x0.
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Schritt 15.1.1.1
Mutltipliziere 0 mit 9.
9x2+0x+302+1
Schritt 15.1.1.2
Mutltipliziere 0 mit x.
9x2+0+302+1
9x2+0+302+1
Schritt 15.1.2
0 zu einer beliebigen, positiven Potenz zu erheben ergibt 0.
9x2+0+30+1
Schritt 15.1.3
Mutltipliziere 3 mit 0.
9x2+0+0+1
9x2+0+0+1
Schritt 15.2
Vereine die Terme mit entgegengesetztem Vorzeichen in 9x2+0+0+1.
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Schritt 15.2.1
Addiere 9x2 und 0.
9x2+0+1
Schritt 15.2.2
Addiere 9x2 und 0.
9x2+1
9x2+1
9x2+1
Schritt 16
Bestimme die Steigung m. In diesem Fall: m=10.
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Schritt 16.1
Entferne die Klammern.
m=912+1
Schritt 16.2
Vereinfache 912+1.
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Schritt 16.2.1
Vereinfache jeden Term.
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Schritt 16.2.1.1
Eins zu einer beliebigen Potenz erhoben ergibt eins.
m=91+1
Schritt 16.2.1.2
Mutltipliziere 9 mit 1.
m=9+1
m=9+1
Schritt 16.2.2
Addiere 9 und 1.
m=10
m=10
m=10
Schritt 17
Die Steigung ist m=10 und der Punkt ist (1,7).
m=10,(1,7)
Schritt 18
Ermittle den Wert von b unter Anwendung der Geradengleichung.
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Schritt 18.1
Wende die Formel für die Geradengleichung an, um b zu ermitteln.
y=mx+b
Schritt 18.2
Setze den Wert von m in die Gleichung ein.
y=(10)x+b
Schritt 18.3
Setze den Wert von x in die Gleichung ein.
y=(10)(1)+b
Schritt 18.4
Setze den Wert von y in die Gleichung ein.
7=(10)(1)+b
Schritt 18.5
Ermittele den Wert von b.
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Schritt 18.5.1
Schreibe die Gleichung als (10)(1)+b=7 um.
(10)(1)+b=7
Schritt 18.5.2
Mutltipliziere 10 mit 1.
10+b=7
Schritt 18.5.3
Bringe alle Terme, die nicht b enthalten, auf die rechte Seite der Gleichung.
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Schritt 18.5.3.1
Subtrahiere 10 von beiden Seiten der Gleichung.
b=7-10
Schritt 18.5.3.2
Subtrahiere 10 von 7.
b=-3
b=-3
b=-3
b=-3
Schritt 19
Nun, da die Werte von m (Steigung) und b (Schnittpunkt mit der y-Achse) bekannt sind, setze sie in y=mx+b ein, um die Gleichung der Geraden zu ermitteln.
y=10x-3
Schritt 20
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