Die Funktion ln: Ableitung, Monotonie, Grenzwerte

Über diese Lektion

Jahrgangsstufe 12 (erhöhtes Anforderungsniveau) › Quotientenregel, ln-Funktion und weitere Funktionen

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Die Funktion ln: Ableitung, Monotonie, Grenzwerte

Quotientenregel, ln-Funktion und weitere Funktionen. Quotientenregel, natürlicher Logarithmus, ln, Logarithmusgesetze, Umkehrfunktion, Wurzelfunktion

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Drei schnelle Fragen zu früheren Lektionen.

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Der Graph von ln⁡\ln entsteht aus dem von exp⁡\exp durch Spiegelung an der Geraden y=xy = x. Wogegen strebt ln⁡x\ln x, wenn xx von rechts gegen 0 geht?

  1. −∞-\infty
  2. 00

Die Grundidee

Die Funktion ln⁡\ln ist auf ]0;+∞[]0; +\infty[ differenzierbar.

(ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \dfrac{1}{x}, und das ist positiv: ln⁡\ln ist streng monoton steigend. Für differenzierbares u>0u > 0: (ln⁡u)′=u′u(\ln u)' = \dfrac{u'}{u}.

lim⁡x→0ln⁡x=−∞\displaystyle\lim_{x \to 0} \ln x = -\infty und lim⁡x→+∞ln⁡x=+∞\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \ln x = +\infty.

Beispiel

Bestimme die Ableitung von f(x)=ln⁡(x2+1)f(x) = \ln(x^2 + 1).

u′(x)=2xu'(x) = 2x
u(x) = x² + 1 ist positiv.
f′(x)=2xx2+1f'(x) = \dfrac{2x}{x^2 + 1}
(ln u)' = u'/u.

Du bist dran

Jetzt du: f(x)=ln⁡(3x)f(x) = \ln(3x) für x>0x > 0. Wie groß ist f′(1)f'(1)?

f′(x)=1xf'(x) = \dfrac{1}{x}
u'/u = 3/(3x) = 1/x.
f′(1)=1f'(1) = 1
x = 1 einsetzen.

Üben ★

  1. f(x)=ln⁡(8x+9)f(x) = \ln(8x + 9) für x>0x > 0. Bestimme f′(x)f'(x).
  2. f(x)=ln⁡(6x+2)f(x) = \ln(6x + 2) für x>0x > 0. Bestimme f′(x)f'(x).
  3. f(x)=ln⁡(7x+8)f(x) = \ln(7x + 8) für x>0x > 0. Bestimme f′(x)f'(x).

Vorsicht!

Üben ★★

  1. Wogegen strebt 8+ln⁡x8 + \ln x, wenn xx von rechts gegen 0 geht?
    1. −∞-\infty
    2. 88
    3. +∞+\infty
  2. Wogegen strebt 9+ln⁡x9 + \ln x, wenn xx von rechts gegen 0 geht?
    1. −∞-\infty
    2. 99
    3. +∞+\infty
  1. f(x)=x−8ln⁡xf(x) = x - 8\ln x für x>0x > 0. Wo ist f′(x)=0f'(x) = 0?
  2. f(x)=x−4ln⁡xf(x) = x - 4\ln x für x>0x > 0. Wo ist f′(x)=0f'(x) = 0?
  1. f(x)=ln⁡(x2+4)f(x) = \ln(x^2 + 4). Bestimme f′(x)f'(x).

Abschlusscheck

Drei Fragen zum Abschluss: Sitzt es?

  1. f(x)=ln⁡(8x+9)f(x) = \ln(8x + 9) für x>0x > 0. Bestimme f′(x)f'(x).
  2. f(x)=ln⁡(6x+2)f(x) = \ln(6x + 2) für x>0x > 0. Bestimme f′(x)f'(x).
  3. f(x)=ln⁡(7x+8)f(x) = \ln(7x + 8) für x>0x > 0. Bestimme f′(x)f'(x).

Merkkarte

Die Funktion ln

  • (ln⁡x)′=1x(\ln x)' = \dfrac{1}{x} und (ln⁡u)′=u′u(\ln u)' = \dfrac{u'}{u}.
  • Streng monoton steigend auf ]0;+∞[]0; +\infty[.
  • Grenzwerte: −∞-\infty bei 0, +∞+\infty für x→+∞x \to +\infty.

Achtung: ln⁡\ln wächst sehr langsam gegen +∞+\infty, aber es wächst unbegrenzt.

CC BY-SA 4.0