actionbrowser.com
Die Eulersche Zahl hat näherungsweise den Wert \$e=2, 71828\$ und die Funktion \$e^x\$ wird als e-Funktion oder natürliche Exponentialfunktion bezeichnet. Somit haben wir die besondere Basis \$e\$ gefunden, für die gilt, dass die Ableitung von \$e^x\$ an der Stelle 0 gleich 1 ist. In Verbindung mit der Gleichung \$ox text()\$ von oben erhält man für \$f(x)=e^x\$ die Ableitung \$f'(x)=e^x *1=e^x=f(x)\$. Dadurch gilt natürlich auch: \$f''(x)=e^x\$ und \$f'''(x)=e^x\$, usw. Mit \$e^x\$ liegt also eine Funktion vor, die die besondere Eigenschaft hat, dass sie mit all ihren Ableitungen identisch ist! Ableitung der e-Funktion: Für die e-Funktion \$f(x)=e^x\$ mit \$e\$ als Eulersche Zahl gilt: \$f'(x)=e^x=f(x)\$ Vertiefung: Wir haben gesehen, dass \$lim_{n->oo} (1+1/n)^{n}\$ gegen \$e\$ strebt. Man kann etwas allgemeiner auch zeigen, dass \$lim_{n->oo} (1+a/n)^{n}\$ gegen \$e^a\$ läuft. Um dies nachvollziehbar zu machen, wiederholen wir die numerische Näherung mit \$n_0=1 000 000 000\$ für verschiedene Werte von a und notieren daneben \$e^a\$: a \$(1+a/n_0)^{n_0}\$ \$e^a\$ 0, 5 1, 648721 1 2, 718282 2 7, 389056 4 54, 598146 54, 598150 8 2980, 957021 2980, 957987 Die Werte zeigen, dass diese Aussage zu stimmen scheint.
Somit können wir nun \$a^x\$ ausklammern und, da es nicht von \$h\$ abhängt, vor den Limes ziehen, so dass man den Ausdruck \$a^x*lim_{h->0} {a^h-1}/h\$ erhält. Nun verwenden wir einen kleinen "Trick": Wenn wir die Zahl \$1\$ durch \$a^0\$ ersetzen, bleibt der Ausdruck \$a^x*lim_{h->0} {a^h-a^0}/h\$ übrig, wobei \$lim_{h->0} {a^h-a^0}/h\$ nach der Definition der Ableitung nichts anderes ist, als die Ableitung von \$f(x)=a^x\$ an der Stelle 0, also \$f'(0)\$. Insgesamt haben wir als Ableitung von \$f(x)=a^x\$ den Ausdruck \$f'(x)=a^x * f'(0)=f(x)*f'(0)\$. \$ox\$ Dieses Ergebnis ist nicht wirklich zufriedenstellend: da benötigt man für die Ableitung an der Stelle x die Ableitung der Funktion an der Stelle 0! Und genau diese Ableitung haben wir noch nicht! Deshalb sind wir hier noch nicht fertig und suchen einen anderen Weg: in der Herleitung kam gerade der Ausdruck \$lim_{h->0} {a^h-a^0}/h\$ vor; können wir vielleicht eine Basis a so wählen, dass dieser Limes die Zahl 1 ergibt? Dazu folgender Ansatz: \$lim_{h->0} {a^h-a^0}/h=lim_{n->oo} {a^{1/n}-1}/{1/n}\$ Anstatt \$h\$ gegen 0 gehen zu lassen, kann man ebenso gut das \$h\$ durch \$1/n\$ ersetzen, wenn man das \$n\$ gegen \$oo\$ laufen lässt.
Die nach ihrem Entdecker, dem britischen Mathematiker Benjamin Gompertz, benannte Gompertz-Funktion ist eine asymmetrische Sättigungsfunktion, die sich im Gegensatz zur logistischen Funktion dadurch auszeichnet, dass sie sich ihrer rechten bzw. oberen Asymptote gemächlicher annähert als ihrer linken bzw. unteren, der Graph ihrer ersten Ableitung also ausgehend von deren Maximum bei nach rechts hin langsamer abfällt als nach links. Die Funktion [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Die allgemeine Formel der Gompertz-Funktion lautet: ist die obere Asymptote, da wegen. sind positive Zahlen ist die -Verschiebung ist das Steigungsmaß [1] ist die Eulersche Zahl () e·b·c die Wachstumsrate [2] Variationen der Variablen [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Variationen von Anwendung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Die Gompertz-Funktion findet in der Biologie (z. B. zur Beschreibung des Wachstums von Tumoren) und in den Wirtschaftswissenschaften (z. B. in der empirischen Trendforschung) Anwendung.
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. Fall 2: Dazu wenden wir das Quotientenkriterium an. Wir schreiben für alle. Also:. Es gilt Also konvergiert die Reihe nach dem Quotientenkriterium.
Damit haben wir das fehlende Glied in unserem Beweis: Es gilt c = 1, daher 1. Nachbemerkung: Formel ( 21) offenbart die wahre Bedeutung der Zahl e. Unter allen Funktionen x ® a x mit beliebigen reellen Basen a ist die einzige, die mit ihrer Ableitung identisch ist! Wir können diese bemerkenswerte Eigenschaft auch so formulieren: Es gibt nur eine einzige auf der Menge der reellen Zahlen definierte differenzierbare Funktion f, für die die beiden Aussagen f '( x) = f ( x) für alle reellen x f (0) = 1 zutreffen, und zwar f ( x) = e x. Die Zahl e kann dann als f (1) definiert werden. Von diesem Standpunkt aus betrachtet, erscheint die Eulersche Zahl als ein sehr "natürliches" mathematisches Objekt.
Dazu betrachten wir den Grenzwert Das Ergebnis dieses Grenzwerts liefert genau die Eulersche Zahl. Ein jährlicher Zinssatz von ist jedoch unüblich, besonders in der heutigen Zeit. Uns hindert nichts daran, unsere Überlegungen auf einen beliebigen Zinssatz zu übertragen (bisher war). Teilt man die Auszahlung der Zinsen auf gleich große Zeiträume auf, so wächst das Guthaben bei jeder Verzinsung um den Faktor. Nach einem Jahr ist der Kontostand demnach auf das -fache angestiegen. Für eine kontinuierliche Verzinsung untersuchen wir den Grenzwert Es stellt sich heraus, dass dieser Grenzwert für alle existiert. Er liefert gerade den Wert der Exponentialfunktion an der Stelle. So erhalten wir folgende Definition: Annäherung der Exponentialfunktion durch Definition (Folgendarstellung der Exponentialfunktion) Die Exponentialfunktion ist definiert als Wir können diese Definition auf komplexe Zahlen ausweiten, auch wenn die Vorstellung von imaginärem Zinssatz nicht realistisch ist. Diese Darstellung ist äquivalent zur oberen Definition durch die Reihendarstellung, was wir im Folgenden noch beweisen werden.
1. Motivation Aufgabe: Leite die beiden Funktionen \$f(x)=x^2\$ und \$g(x)=2^x\$ ab. Lösung: \$f'(x)=2x\$, aber für \$g(x)\$ haben wir noch keine Regel. Die "Ableitung" \$g'(x)=x * 2^{x-1}\$ ist falsch! In diesem Kapitel werden wir die korrekte Ableitungsregel für eine spezielle Exponentialfunktion, die sogenannte e-Funktion, kennenlernen und im nächsten Kapitel schließlich einen Weg, eine beliebige Exponentialfunktion abzuleiten. 2. Grundbegriffe und Herleitung Bei der Exponentialfunktion \$f(x)=a^x, a>0\$ wird \$a\$ als Basis und \$x\$ als Exponent bezeichnet. Diese ist nicht mit der Potenzfunktion zu verwechseln, die die Form \$f(x)=x^n\$ hat, für welche wir bereits die Ableitungsregel \$f'(x)=n * x^{n-1}\$ kennen. Um eine Ableitungsregel für eine Exponentialfunktion der Form \$f(x)=a^x\$ zu finden, gehen wir wie üblich vor: wir stellen den Differenzialquotienten auf und versuchen damit eine Regel zu erkennen: \$f'(x)=lim_{h->0} {f(x+h)-f(x)}/h=\$ \$lim_{h->0} {a^{x+h}-a^x}/h=lim_{h->0} {a^x*a^h-a^x}/h\$ Hier haben wir eines der Potenzgesetze verwendet, das uns erlaubt \$a^{x+h}\$ als \$a^x * a^h\$ zu schreiben.