Analysis Beispiele

${(x^{2} + 1)}^{2^{x}}$

Schritt 1

Wende die Logarithmengesetze an, um die Ableitung zu vereinfachen.

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Schritt 1.1

Schreibe ${(x^{2} + 1)}^{2^{x}}$ als $e^{\ln ({(x^{2} + 1)}^{2^{x}})}$ um.

$\frac{d}{d x} [e^{\ln ({(x^{2} + 1)}^{2^{x}})}]$

Schritt 1.2

Zerlege $\ln ({(x^{2} + 1)}^{2^{x}})$ durch Herausziehen von $2^{x}$ aus dem Logarithmus.

$\frac{d}{d x} [e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)}]$

Schritt 2

Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ ist $f' (g (x)) g' (x)$ , mit $f (x) = e^{x}$ und $g (x) = 2^{x} \ln (x^{2} + 1)$ .

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Schritt 2.1

Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze $u_{1}$ durch $2^{x} \ln (x^{2} + 1)$ .

$\frac{d}{d u_{1}} [e^{u_{1}}] \frac{d}{d x} [2^{x} \ln (x^{2} + 1)]$

Schritt 2.2

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d u_{1}} [a^{u_{1}}]$ gleich $a^{u_{1}} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $e$ .

$e^{u_{1}} \frac{d}{d x} [2^{x} \ln (x^{2} + 1)]$

Schritt 2.3

Ersetze alle $u_{1}$ durch $2^{x} \ln (x^{2} + 1)$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} \frac{d}{d x} [2^{x} \ln (x^{2} + 1)]$

Schritt 3

Differenziere unter Anwendung der Produktregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (x) g (x)]$ gleich $f (x) \frac{d}{d x} [g (x)] + g (x) \frac{d}{d x} [f (x)]$ ist mit $f (x) = 2^{x}$ und $g (x) = \ln (x^{2} + 1)$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{x} \frac{d}{d x} [\ln (x^{2} + 1)] + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 4

Differenziere unter Anwendung der Kettenregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [f (g (x))]$ ist $f' (g (x)) g' (x)$ , mit $f (x) = \ln (x)$ und $g (x) = x^{2} + 1$ .

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Schritt 4.1

Um die Kettenregel anzuwenden, ersetze $u_{2}$ durch $x^{2} + 1$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{x} (\frac{d}{d u_{2}} [\ln (u_{2})] \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 4.2

Die Ableitung von $\ln (u_{2})$ nach $u_{2}$ ist $\frac{1}{u_{2}}$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{x} (\frac{1}{u_{2}} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 4.3

Ersetze alle $u_{2}$ durch $x^{2} + 1$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{x} (\frac{1}{x^{2} + 1} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1]) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 5

Differenziere.

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Schritt 5.1

Kombiniere $\frac{1}{x^{2} + 1}$ und $2^{x}$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{x}}{x^{2} + 1} \frac{d}{d x} [x^{2} + 1] + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 5.2

Gemäß der Summenregel ist die Ableitung von $x^{2} + 1$ nach $x$ $\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{x}}{x^{2} + 1} (\frac{d}{d x} [x^{2}] + \frac{d}{d x} [1]) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 5.3

Differenziere unter Anwendung der Potenzregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [x^{n}]$ gleich $n x^{n - 1}$ ist mit $n = 2$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{x}}{x^{2} + 1} (2 x + \frac{d}{d x} [1]) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 5.4

Da $1$ konstant bezüglich $x$ ist, ist die Ableitung von $1$ bezüglich $x$ gleich $0$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{x}}{x^{2} + 1} (2 x + 0) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 5.5

Kombiniere Brüche.

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Schritt 5.5.1

Addiere $2 x$ und $0$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{x}}{x^{2} + 1} (2 x) + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 5.5.2

Kombiniere $2$ und $\frac{2^{x}}{x^{2} + 1}$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2 \cdot 2^{x}}{x^{2} + 1} x + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 6

Mutltipliziere $2$ mit $2^{x}$ .

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Schritt 6.1

Potenziere $2$ mit $1$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{1} \cdot 2^{x}}{x^{2} + 1} x + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 6.2

Wende die Exponentenregel $a^{m} a^{n} = a^{m + n}$ an, um die Exponenten zu kombinieren.

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{1 + x}}{x^{2} + 1} x + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 7

Kombiniere $\frac{2^{1 + x}}{x^{2} + 1}$ und $x$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{1 + x} x}{x^{2} + 1} + \ln (x^{2} + 1) \frac{d}{d x} [2^{x}])$

Schritt 8

Differenziere unter Anwendung der Exponentialregel, die besagt, dass $\frac{d}{d x} [a^{x}]$ gleich $a^{x} \ln (a)$ ist, wobei $a$ = $2$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{1 + x} x}{x^{2} + 1} + \ln (x^{2} + 1) (2^{x} \ln (2)))$

Schritt 9

Um $\ln (x^{2} + 1) (2^{x} \ln (2))$ als Bruch mit einem gemeinsamen Nenner zu schreiben, multipliziere mit $\frac{x^{2} + 1}{x^{2} + 1}$ .

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\frac{2^{1 + x} x}{x^{2} + 1} + \frac{\ln (x^{2} + 1) (2^{x} \ln (2)) (x^{2} + 1)}{x^{2} + 1})$

Schritt 10

Vereinige die Zähler über dem gemeinsamen Nenner.

$e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} \frac{2^{1 + x} x + \ln (x^{2} + 1) (2^{x} \ln (2)) (x^{2} + 1)}{x^{2} + 1}$

Schritt 11

Kombiniere $e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)}$ und $\frac{2^{1 + x} x + \ln (x^{2} + 1) (2^{x} \ln (2)) (x^{2} + 1)}{x^{2} + 1}$ .

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x + \ln (x^{2} + 1) (2^{x} \ln (2)) (x^{2} + 1))}{x^{2} + 1}$

Schritt 12

Vereinfache.

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Schritt 12.1

Vereinfache den Zähler.

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Schritt 12.1.1

Vereinfache jeden Term.

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Schritt 12.1.1.1

Schreibe neu unter Anwendung des Kommutativgesetzes der Multiplikation.

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x + \ln (2) \ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} (x^{2} + 1))}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.1.1.2

Wende das Distributivgesetz an.

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x + \ln (2) \ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} x^{2} + \ln (2) \ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} \cdot 1)}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.1.1.3

Mutltipliziere $\ln (2)$ mit $1$ .

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x + \ln (2) \ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} x^{2} + \ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} \ln (2))}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.1.2

Wende das Distributivgesetz an.

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x) + e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (2) \ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} x^{2}) + e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} \ln (2))}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.1.3

Vereinfache.

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Schritt 12.1.3.1

Schreibe neu unter Anwendung des Kommutativgesetzes der Multiplikation.

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x) + \ln (2) e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} x^{2}) + e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} \ln (2))}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.1.3.2

Schreibe neu unter Anwendung des Kommutativgesetzes der Multiplikation.

$\frac{e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x) + \ln (2) e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} x^{2}) + \ln (2) e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x})}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.1.4

Stelle die Faktoren in $e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (2^{1 + x} x) + \ln (2) e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x} x^{2}) + \ln (2) e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} (\ln (x^{2} + 1) \cdot 2^{x})$ um.

$\frac{x e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} \cdot 2^{1 + x} + x^{2} e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} \cdot 2^{x} \ln (2) \ln (x^{2} + 1) + e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} \cdot 2^{x} \ln (2) \ln (x^{2} + 1)}{x^{2} + 1}$

Schritt 12.2

Stelle die Terme um.

$\frac{2^{1 + x} e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} x + 2^{x} e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} x^{2} \ln (2) \ln (x^{2} + 1) + 2^{x} e^{2^{x} \ln (x^{2} + 1)} \ln (2) \ln (x^{2} + 1)}{x^{2} + 1}$