Dieser Abschnitt ist noch im Entstehen und noch nicht offizieller Bestandteil des Buchs. Gib der Autorin oder dem Autor Zeit, den Inhalt anzupassen! Definition der Exponentialfunktion [ Bearbeiten] In den folgenden Abschnitten werden wir die Exponentialfunktion definieren. Es gibt zwei Möglichkeiten, diese zu definieren. Wir werden beide Ansätze vorstellen. Anschließend zeigen wir, dass beide Definitionen äquivalent sind. Reihendarstellung [ Bearbeiten] Angenommen, wir suchen eine differenzierbare Funktion, für die gilt für alle. Das ist eine Frage, die nicht nur einen Mathematiker interessiert. Beispielsweise sucht ein Biologe eine Funktion, die die Anzahl der Bakterien in einer Bakterienkultur beschreibt. Dabei weiß er, dass das Wachstum dieser Bakterienkultur proportional zur Anzahl der Bakterien ist. Zur Vereinfachung hat er diesen Proportionalitätsfaktor auf gesetzt. Ableitung der e funktion beweis erbracht. Es bietet sich sofort eine einfache Möglichkeit an: für alle. Das ist erstens eine ziemlich langweilige Funktion und zweitens löst sie das Problem des Biologen auch nicht, denn in seiner Bakterienkultur sind ja mehr als Bakterien.
Die Frage ist nun, ob es weitere Funktionen mit dieser Eigenschaft gibt. Zunächst stellen wir fest, dass für alle und alle Funktionen mit gilt, dass auch differenzierbar ist und gilt. Wir fordern nun zusätzlich, dass gilt. Als Ansatz wählen wir ein Polynom für ein. Wegen muss gelten. Nun leiten wir das Polynom ab, um eine Bedingung für die restlichen Koeffizienten zu erhalten. Für alle gilt Damit für alle gilt, müssen die Koeffizienten vor den bei und gleich sein. Somit muss für alle folgende Gleichung erfüllt sein:. Da wir zusätzlich wissen, dass, folgt rekursiv für alle. Insbesondere gilt also. Betrachten wir nun die Gleichungen mit den Koeffizienten vor den, stellen wir jedoch fest, dass gelten muss. Denn der Koeffizient vor in der Ableitung von ist gleich. Nun haben wir ein Problem. Beweis : Ableitung der natürlichen Exponentialfunktion e^x - YouTube. Egal, welches Polynom wir wählen, wir bekommen nie eine Lösung unseres Problems. Daher müssen wir unseren Ansatz ein wenig modifizieren. Wenn der Grad des Polynoms größer wird, scheint unsere Annäherung immer besser zu werden.
Und wegen \$a^0=1\$ haben wir wieder die 1 statt des \$a^0\$ im Term stehen. Und dieser Grenzwert soll gleich 1 sein: \$lim_{n->oo} {a^{1/n}-1}/{1/n}=1\$ Für die folgende prinzipielle Herleitung lassen wir den Limes hier weg und lösen den Term nach a auf: \${a^{1/n}-1}/{1/n}=1 | *(1/n)\$ \$a^{1/n}-1=1/n | +1\$ \$a^{1/n}=root(n)(a)=1+1/n \$ \$sqrt(3)=3^{1/2}\$ in Potenzschreibweise, analog dazu \$root(3)(4)=4^{1/3}\$, also kann man allgemein schreiben, dass \$root(n)(a)=a^{1/n}\$. Das haben wir soeben verwendet. Potenziert man die Gleichung nun auf beiden Seiten mit \$n\$, so erhält man \$a=(1+1/n)^{n}\$ Setzt man für \$n\$ nun immer größere Werte ein, so wird man überrascht feststellen, dass dieser Ausdruck gegen einen bestimmten Wert zu streben scheint: n \$(1+1/n)^{n}\$ 100 2. 7048138294215285 1000 2. 7169239322355936 10000 2. Ableitung der e-Funktion (Herleitung und Beweis) - YouTube. 7181459268249255 100000 2. 7182682371922975 1000000 2. 7182804690957534 10000000 2. 7182816941320818 100000000 2. 7182817983473577 1000000000 2. 7182820520115603 Diese besondere Zahl wird als Eulersche Zahl bezeichnet und mit dem Buchstaben \$e\$ bezeichnet.
Es gilt nämlich. Also ist der neue Ansatz Wir kümmern uns zunächst nicht darum, ob diese Funktion überhaupt wohldefiniert ist, d. h., ob die Reihe für jedes konvergiert. Wir setzen nun für alle wie oben. Damit haben wir. Als nächstes überprüfen wir, ob unsere Anforderungen von der Funktion wirklich erfüllt werden. Es gilt. Wir nehmen nun an, dass diese Funktion differenzierbar ist und die Ableitung analog zur Ableitung von Polynomen berechnet werden kann. Das müsste man natürlich noch beweisen. Dann gilt für alle Annäherung der Exponentialfunktion durch die -te Partialsumme der Reihendarstellung Definition (Exponentialfunktion) Wir definieren die Exponentialfunktion durch Diese Definition können wir auf die komplexen Zahlen ausweiten: Wir zeigen nun, dass die Exponentialfunktion wohldefiniert ist, d. h. für jedes ist die Reihe konvergent. Beweis (Wohldefiniertheit der Exponentialfunktion) Sei. Ableitung der e funktion beweis video. Fall 2: Dazu wenden wir das Quotientenkriterium an. Wir schreiben für alle. Also:. Es gilt Also konvergiert die Reihe nach dem Quotientenkriterium.
Für den Anfangswert f (0) = 1 erhalten wir die Exponentialfunktion zur Basis e. Allgemein ergibt sich die Funktion c exp für den Anfangswert f (0) = c. Keine andere Basis ist geeignet (vgl. die Berechnung der Ableitung von exp a unten)! Gewinnung des Additionstheorems Aus dem Charakterisierungssatz lässt sich das Additionstheorem herleiten. Sei hierzu y ∈ ℝ beliebig. Wir definieren f: ℝ → ℝ durch f (x) = exp(x + y) exp(y) für alle x ∈ ℝ. Die e-Funktion und ihre Ableitung. Dann gilt f ′(x) = f (x) und f (0) = exp (0 + y) /exp(y) = 1. Folglich ist f = exp und damit exp (x + y) = f (x) exp(y) = exp(x) exp(y) für alle x ∈ ℝ.
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