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* 6. August 1667 (27. Juli 1667) Basel
† 1. Januar 1748 Basel

JOHANN BERNOULLI trug wesentlich zur Herausbildung moderner Auffassungen zur Infinitesimalrechnung und deren Verbreitung in Europa bei. Gemeinsam mit seinem älteren Bruder JAKOB und in Korrespondenz mit GOTTFRIED WILHELM LEIBNIZ entwickelte er den sogenannten „Leibnizschen Calculus“ weiter, der Begriff Integralrechnung geht auf ihn zurück.
Intensiv beschäftigte sich JOHANN BERNOULLI mit Anwendungen der Infinitesimalrechung auf physikalische und technische Probleme, zum Beispiel untersuchte er das Verhalten strömender Flüssigkeiten.

Definitionslücken treten insbesondere bei gebrochenrationalen Funktionen auf. Alle x-Werte, für die die Nennerfunktion den Wert Null annimmt, werden als Definitionslücken bezeichnet.
Man unterscheidet zwischen Polstellen und hebbaren Definitionslücken.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Mathematik - Differenziationsverfahren".

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WISSENSTEST

Die Definitionen von Differenzierbarkeit und Stetigkeit führen zu der Folgerung, eine Funktion f kann an einer Stelle $x_0$ stetig, aber nicht differenzierbar sein.
Ist f in $x_0$ allerdings differenzierbar, dann ist sie in $x_0$ auch stetig.

Die Ableitung einer Funktion f an einer Stelle $x_0$ gibt bekanntermaßen den Anstieg der Tangente an den Graphen der Funktion im Punkt $P_0(x_0;f(x_0))$ an.
Ebenso spricht man vom Anstieg des Graphen im Punkt $P_0$.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Bestimmung der Ableitung an einer Stelle $x_0$ mittels zeichnerischen oder grafischen Differenzierens vorgestellt.

Die folgenden Probleme zum elektrischen Feld in einem Koaxialkabel stellen Anwendungen zur Logarithmusfunktion und zur Differenzialrechnung dar. Berechnet wird die elektrische Feldstärke in einem Koaxialkabel bzw. die Dimensionierung eines solchen Kabels, damit die Gefahr von Überschlägen möglichst gering ist.
Die Probleme sind als Aufgaben formuliert und durch Lösungen ergänzt.

Im Folgenden wird ein Anwendungsbeispiel zu lokalen Extrema betrachtet.

Viele Prozesse im Wirtschaftsleben lassen sich mithilfe von Funktionen beschreiben. Durch eine mathematische Modellbildung ist man dann in der Lage, über Optimierungsmöglichkeiten in dem vorliegenden Sachverhalt gezielt nachzudenken. Oft steht dabei die Frage der Gewinnmaximierung bzw. die Minimierung der Produktions- oder Vertriebskosten im Mittelpunkt.

Das Vorgehen beim Lösen einer solchen Extremwertaufgabe soll im Folgenden durch ein Beispiel verdeutlicht werden.

Es sei g mit $y=g\left(x\right)$ eine über ihrem gesamten Definitionsbereich $D_f$ differenzierbare Funktion mit der Ableitung $y^{\prime }=g^{\prime }\left(x\right)$.
Durch Multiplikation der Funktionsgleichung von g mit dem konstanten Faktor $k\in ℝ$ erhält man die Funktion $f\left(x\right)=k\cdot g\left(x\right)$.

Funktionen können in unterschiedlicher Form gegeben sein. Eine der Möglichkeiten ist die Darstellung in Parameterform. Hierbei werden die Variablen x und y aus der Funktionsgleichung y = f(x) unter Verwendung einer Hilfsvariablen, eines Parameters, z.B. t, ausgedrückt. Das heißt also: x = $\varphi (t)$ und y = $\psi (t)$.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Mathematik - Funktionsanpassungen".

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WISSENSTEST

Gleichungen, für die exakte Lösungsverfahren nicht bekannt oder zu zeitaufwendig sind, lassen sich oft mit hinreichender Genauigkeit grafisch lösen.

Dabei geht man von der zu lösenden Bestimmungsgleichung zur entsprechenden Funktionsgleichung über, stellt (unter Verwendung eines Taschenrechners) eine Wertetabelle auf und zeichnet den Graphen der Funktion.

Die Abszissen der Schnittpunkte des Funktionsgraphen mit der x-Achse, also die Nullstellen, sind die Lösungen der Gleichung. Man liest sie näherungsweise ab. Die Genauigkeit beim Ablesen kann verbessert werden, wenn die Funktion in einem immer engeren Intervall um die Nullstelle herum dargestellt wird.

Das Vorgehen beim grafischen Lösen von Gleichungen soll im Folgenden durch ein Beispiel verdeutlicht werden.

* 1786 Bristol, England
† 22. September 1837 Bath, England

Der einzige Beitrag des englischen Lehrers WILLIAM GEORGE HORNER zur Mathematik besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur vorteilhaften Berechnung von Funktionswerten ganzrationaler Funktionen.
Dieses bis Mitte des 20. Jahrhunderts (auch in Schulbüchern) häufig benutzte Verfahren ist im heutigen Computerzeitalter allerdings nahezu gegenstandslos.

Mithilfe der l'hospitalschen Regeln lassen sich Grenzwerte von unbestimmten Ausdrücken der Form
$\underset{x\to x_0}{\lim }\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$ mit $f\left(x_0\right)=g\left(x_0\right)=0$
berechnen.

Die Regeln sind nach dem französischen Mathematiker GUILLAUME FRANÇOISE ANTOINE DE L'HOSPITAL benannt und gehen auf diesen bzw. den Schweizer JOHANN BERNOULLI zurück.

* 1661 Paris
† 2. Februar 1704 Paris

GUILLAUME L’HOSPITAL entstammte dem französischen Hochadel und arbeitete sich als Autodidakt in die Mathematik ein. Er war einer der Ersten, der die leibnizsche Infinitesimalrechnung verstand. Sein 1696 veröffentlichtes Werk „Analyse des infiniment petits“ gilt als erstes Buch über Differenzialrechnung.

Mithilfe der l'hospitalschen Regeln lassen sich Grenzwerte von unbestimmten Ausdrücken der Form
$\underset{x\to x_0}{\lim }\frac{f\left(x\right)}{g\left(x\right)}$ mit $f\left(x_0\right)=g\left(x_0\right)=0$
berechnen.
Die zweite Regel stellt eine Erweiterung für Grenzwerte mit $x\to \pm \infty$ dar.

* 14. April 1629 Den Haag
† 8. Juli 1695 Den Haag

CHRISTIAAN HUYGENS war ein äußerst vielseitiger Naturwissenschaftler.
Unter anderem entdeckte er die Doppelbrechung am Kalkspat und erklärte sie mithilfe der Wellennatur des Lichtes.
Auch machte er eine Reihe astronomischer Entdeckungen.
HUYGENS beteiligte sich aktiv an der Lösung mathematischer Probleme seiner Zeit, u.a. schuf er eine erste geschlossene Theorie des Würfelspiels.

Beim Arbeiten mit Tabellen wie Sinus- oder Logarithmentafeln besteht ein Problem darin, zu Werten, die zwischen den tabellierten liegen, entsprechende Funktionswerte (oder auch umgekehrt zu Funktionswerten, die nicht direkt in den Tabellen vorkommen, die entsprechenden Argumente) zu ermitteln.

Dies leistet das Verfahren der sogenannten linearen Interpolation. Hierbei ersetzt man den Graph einer Funktion zwischen den Stellen $x_{1}und{x}_2$ durch eine Gerade und kann so einen Näherungswert für f(x) ablesen.

Der (historisch gesehen) zunächst nur naiv gefasste Begriff der reellen Zahl bedurfte einer exakten Fundierung. Dies gelang RICHARD DEDEKIND (1831 bis 1916), der mithilfe eines Schnittes zwischen zwei rationalen Zahlenmengen zu einer exakten Definition der reellen Zahlen gelangte.

Ein etwas anderes Vorgehen ist die Methode der Intervallschachtelungen, die im Folgenden skizziert wird.

Dabei zeigt sich: Durch eine Intervallschachtelung in der Menge $\mathbb{Q}$ der rationalen Zahlen wird genau eine reelle Zahl (als Kern) definiert. In der Menge $ℝ$ der reellen Zahlen besitzt jede Intervallschachtelung als Kern eine reelle Zahl, d.h., $ℝ$ ist abgeschlossen.

Als Kettenlinie bzw. Katenoide (engl. catenary; franz. chainette) wird die Kurve bezeichnet, die durch eine in zwei nicht senkrecht übereinander liegenden Punkten frei aufgehängte Kette gegeben ist. Analytisch ist diese durch die hyperbolische Funktion (Hyperbelfunktion) Cosinus hyperbolicus beschrieben.
Die Drehfläche der Kettenlinie heißt Katenoid (Catenoid).

Im Folgenden soll die Kettenregel der Differenzialrechnung bewiesen werden.
Die Kettenregel besagt: Die Ableitung einer verketteten Funktion ist gleich dem Produkt der Ableitungen von äußerer und innerer Funktion an der jeweiligen Stelle.
Für die Anwendung der Kettenregel ist eine auf der leibnizschen Schreibweise $\frac{dy}{dx}$ anstelle von $f\text{'}\left(x\right)$ beruhende Notation sehr einprägsam.

Wir vermuten das Folgende: Eine konstante Funktion $f\left(x\right)=c\left(c\in ℝ,aberfest\right)$ besitzt für alle $x\in ℝ$ die Ableitung $f^{\prime }\left(x\right)=0.$