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Aufgabe:

f:(0 , 2π) -> R mit f(x)=cos(x) e^x
alle lokale Extrempunkte und Wendepunkte bestimmen?


Problem/Ansatz:

Die erste Ableitung ist   = e^x (cos x - sin x)

Die zweite Ableitung ist   = -2 sin x e^x

Wie soll ich weiter lösen?

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Aloha :)

Deine Ableitungen sind korrekt:

$$f(x)=e^x\cos x$$$$f'(x)=e^x\cos x-e^x\sin x=e^x(\cos x-\sin x)$$$$f''(x)=e^x(\cos x-\sin x)+e^x(-\sin x-\cos x)=-2e^x\sin x$$$$f'''(x)=-2e^x\sin x-2e^x\cos x=-2e^x(\sin x+\cos x)$$

zu a) Extremwerte:

Kandidaten für Extremwerte sind dort, wo die erste Ableitung verschwindet. Da die \(e^x\)-Funktion immer positiv ist, sind mögliche Nullstellen von \(f'(x)\) die Nullstellen der Klammer, d.h.

$$\sin x=\cos x\implies\tan x=\frac{\sin x}{\cos x}=1\implies x=\arctan(1)$$Da \(x\in(0;2\pi)\) und die Tangens-Funktion \(\pi\)-periodisch ist, finden wir zwei Kandidaten für Extrema:$$x_1=\frac{\pi}{4}\quad;\quad x_2=\frac{5\pi}{4}$$Wir prüfen nun die Kandidaten mit Hilfe der zweiten Ableitung:

$$f''\left(\frac\pi4\right)=-e^{\pi/4}\sqrt2<0\quad\implies\quad\text{Maximum}$$$$f''\left(\frac{5\pi}4\right)=e^{5\pi/4}\sqrt2>0\quad\implies\quad\text{Minimum}$$

zu b) Wendepunkte:

Wegen \(e^x>0\) sind die Nullstellen der zweiten Ableitung die Nullstellen der Sinus-Funktion. Im erlaubten Intervall \(x\in(0;2\pi)\) liegt die einzige Nullstelle bei \(x_w=\pi\). Wegen \(f'''(\pi)=2e^\pi\ne0\) liegt dort auch tatsächlich ein Wendepunkt vor.

~plot~ e^x*cos(x) ; [[0|2pi|-40|10]] ; {pi/4|1,55} ; {5pi/4|-35,89} ; {pi|-23,14} ~plot~

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Die Berechnung der zweiten Ableitung an der Stelle x2 scheint ein Minuszeichen zu viel zu enthalten.

Ja, danke dir... Copy-Pase-Fehler ;) Wird korrigiert.

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f(x) = e^x·COS(x)
f'(x) = e^x·(COS(x) - SIN(x))
f''(x) = - 2·e^x·SIN(x)

Extremstellen f'(x) = 0

COS(x) - SIN(x) = 0
SIN(x) = COS(x)
TAN(x) = 1 --> x = 1/4·pi ∨ x = 5/4·pi

Wendestellen f''(x) = 0

SIN(x) = 0 → x = pi

Skizze

blob.png

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