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Aufgabe:Gegeben ist die Funktion f(x)=1,5^x

a)Bestimme mithilfe des Differenzenquotienten die Ableitung f an einer beliebigen Stelle x und geben sie den Streckfaktor an, mit dem der Graph von f‘ aus dem Graphen f hervor geht.

b) geben sie für die Stelle x=0 die Gleichung der Tangente an dem Graphen von f an. Problem/Ansatz:

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DQ=\( \frac{1,5^{x+h}-1,5^x}{h} \)=\( \frac{1,5^x·1,5^h-1,5^x}{h} \)=1,5x·\( \frac{1,5^h-1}{h} \).

Nun ist der Grenzwert des Bruches für h→0   ln(1,5) und die Ableitung f'(x)=ln(1,5)·1,5x.

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\(1,5^{x} \cdot\frac{1,5^h-1}{h} \)

Nun ist der Grenzwert des Bruches für h→0       ln(1,5)

Damit komme ich nicht klar.

Etwas ins Unreine geschrieben, exakte Formulierung mit lim-Schreibweise überlasse ich dir :

ex ≈ (1+x/n)n für große n, setze h = 1/n
(ex)h ≈ 1+ hx für kleine h , setze x = ln a
ah ≈ 1+ h·ln a
(ah - 1) / h ≈ ln a für kleine h

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a) Ergänzung.

Es gilt: f(x) = a^x -> f '(x) = a^x *lna

Ableitung über: f(x)= a^x = e^(x*lna) -> f '(x) = e^(x*lna)*lna = a^x lna

b) t(x) = (x-0)*f '(0)+f(0)  = lna*x+1

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Damit ist Aufgabe a) aber nicht korrekt beantwortet.

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Der Streckfaktor ist ln(1,5).

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Aloha :)

zu a) Ich rechne allgemein mit \(a>0\) und \(a\ne1\) anstatt mit \(1,5\).

Die Ableitung von \(f(x)=a^x\) mittels des Differentialquotienten lautet:$$\small f'(x)=\lim\limits_{h\to0}\frac{f(x+h)-f(x)}{h}=\lim\limits_{h\to0}\frac{a^{x+h}-a^x}{h}=\lim\limits_{h\to0}\frac{a^x\,(a^h-1)}{h}=a^x\,\lim\limits_{h\to0}\frac{a^h-1}{h}$$

Zur Bestimmung des verbliebenen Grenzwertes definieren wir den Kehrwert des Zählers als neue Variable und schreiben \(h\) in deren Abhängigkeit:$$\small k\coloneqq\frac{1}{a^h-1}\implies a^h=1+\frac1k\implies h\ln(a)=\ln\left(1+\frac1k\right)\implies h=\frac{\ln\left(1+\frac1k\right)}{\ln(a)}$$

Damit können wir den Bruch hinter dem verbliebenen Grenzwert umformen:$$\frac{a^h-1}{h}=\frac{\frac1k}{\frac{\ln\left(1+\frac1k\right)}{\ln(a)}}=\frac{\ln(a)}{k\cdot\ln\left(1+\frac1k\right)}=\frac{\ln(a)}{\ln\left(\left(1+\frac1k\right)^k\right)}$$

Mit \(h\to0\) geht per Definition \(k\to\infty\) und wir erhalten den gesuchten Grenzwert so:$$\lim\limits_{h\to0}\frac{a^h-1}{h}=\lim\limits_{k\to\infty}\frac{\ln(a)}{\ln\left(\left(1+\frac1k\right)^k\right)}=\frac{\ln(a)}{\ln(e)}=\ln(a)$$

Damit kennen wir auch den Wert des ursprünglichen Differentialquotienten:$$f'(x)=a^x\cdot\ln(a)$$Der gesuchte Streckfaktor ist also \(\ln(a)\).

zu b) Die Gleichung der Tangente an \(f(x)=a^x\) an der Stelle \(x_0=0\) lautet:$$t_0(x)=f(0)+f'(0)\cdot(x-0)=a^0+a^0\ln(a)\cdot x=1+\ln(a)\cdot x$$

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