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Analog dazu wäre die Ableitung in -Richtung einer Verschiebung in -Richtung. [2] Höhere Ordnung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Die partielle Ableitung nach ist selbst wieder eine Funktion von nach, falls in ganz nach partiell differenzierbar ist. Als abkürzende Schreibweise für die partiellen Ableitungen ist auch oft, oder zu finden. Ist die Funktion in jedem Punkt ihres Definitionsbereichs partiell differenzierbar, so sind die partiellen Ableitungen wieder Funktionen von nach, die wiederum auf Differenzierbarkeit untersucht werden können. Man erhält so höhere partielle Ableitungen und Geometrische Deutung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] In einem dreidimensionalen Koordinatensystem wird der Funktionsgraph einer Funktion betrachtet. Der Definitionsbereich sei eine offene Teilmenge der xy-Ebene. Ist differenzierbar, dann ist der Graph der Funktion eine Fläche über dem Definitionsbereich. Für einen festen Wert von ist dann eine Funktion in. Bei festem ergeben die Punkte eine Strecke parallel zur -Achse.
Betrachtet man analog die Funktion f für ein konstantes x = x 0, so erhält man jetzt eine Funktion z = f ( x 0, y) mit der unabhängigen Variablen y. Den Grenzwert f y ( x 0; y 0) = lim k → 0 f ( x 0, y 0 + k) − f ( x 0, y 0) k nennt man ihn die partielle Ableitung erster Ordnung der Ausgangsfunktion z = f ( x, y) nach y an der Stelle ( x 0; y 0). Zusammenfassung: Ist eine Funktion z = f ( x, y) für ein konstantes y = y 0 an einer Stelle x 0 differenzierbar, so heißt z = f ( x, y) dort partiell nach x differenzierbar. Die dazugehörige Ableitung f x ( x 0, y 0) wird partielle Ableitung von f nach x an der Stelle ( x 0; y 0) genannt. Entsprechend heißt die Funktion partiell nach y differenzierbar, wenn sie für ein konstantes x = x 0 an einer Stelle y 0 nach y differenzierbar ist. Die dazugehörige Ableitung f y ( x 0, y 0) wird partielle Ableitung von f nach y an der Stelle ( x 0; y 0) genannt. Anmerkungen: Ist die Funktion z = f ( x, y) für jedes x bzw. y des Definitionsbereichs partiell nach x bzw. y differenzierbar, so spricht man schlechthin von den partiellen Ableitungen nach x bzw. y und schreibt f x ( x, y) bzw. f y ( x, y).
Möchte man eine stetige Funktion $ z = f(x, y)$ mit zwei unabhängigen Variablen $ x, y $ partiell differenzieren, so muss man eine der Variablen konstant halten und die andere differenzieren. Dies gilt für $ x $ und auch für $ y $. Mit $\frac{\partial z}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} f(x, y) = \dot{f_x}(x, y) = \dot{z_x} $ erhält man die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $x$, In diesem Fall wird $y$ als Konstante behandelt. Mit $\frac{\partial z}{\partial y} = \frac{\partial}{\partial y} f(x, y) = \dot{f_y}(x, y) = \dot{z_y} $ erhält man die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $y$. In diesem Fall wird $x$ als Konstante behandelt. Diese partiellen Ableitungen sind wieder Funktionen der unabhängigen Variablen. Beispiel Hier klicken zum Ausklappen Differenziere die folgende Funktion partiell nach $x$ und $y$: $\ z = 3x^2 - 4xy + 3y^3 $ Die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $\ x$ ist: $\frac{\partial z}{\partial x} = 6x - 4y $. Die Partielle Ableitung erster Ordnung nach $\ y$ ist: $\frac{\partial z}{\partial y} = - 4x + 9y^2 $.
Partielle Ableitungen sind darüber hinaus ein wesentlicher Bestandteil der Vektoranalysis. Sie bilden die Komponenten des Gradienten, des Laplace-Operators, der Divergenz und der Rotation in Skalar- und Vektorfeldern. Sie treten auch in der Jacobi-Matrix auf. Beispiele [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Beispiel 1 [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Als Beispiel wird die Funktion mit betrachtet, die von den beiden Variablen und abhängt. Betrachtet man als eine Konstante, z. B., so hängt die Funktion mit nur noch von der Variablen ab: Für die neue Funktion gilt folglich und man kann den Differenzialquotienten bilden Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn man die partielle Ableitung der Funktion nach bildet: Die partielle Ableitung von nach lautet entsprechend: Dieses Beispiel demonstriert, wie die partielle Ableitung einer Funktion bestimmt wird, die von mehreren Variablen abhängt: Bis auf eine Variable werden alle anderen Variablen als konstant angenommen, bezüglich dieser einen Variablen wird der Differenzialquotient bestimmt.
Ihr könnt ja die nach x abgeleitete Funktion nochmal nach x ableiten, aber ihr könnt sie auch nach y ableiten. Daher ergeben sich für die 2. Ableitung folgende Möglichkeiten: Die nach x abgeleitete Funktion nach x ableiten Die nach x abgeleitete Funktion nach y ableiten (Die nach y abgeleitete Funktion nach x ableiten ist dasselbe, man erhält beide Male das gleiche Ergebnis) Die nach y abgeleitete Funktion nach y ableiten. Wichtig! : Es ist egal, ob erst nach x und dann nach y abgeleitet wird! Es kommt dasselbe raus! Siehe: Dieselbe Funktion wie von darüber: Jetzt wird die erste Ableitung der Funktion nach x nochmal nach x abgeleitet: Dann die erste Ableitung der Funktion nach x, nach y abgeleitet: Und noch die erste Ableitung der Funktion nach y nochmal nach y:
→ Für eine ausführlichere Darstellung siehe totales Differential Verallgemeinerung: Richtungsableitung [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Eine Verallgemeinerung der partiellen Ableitung stellt die Richtungsableitung dar. Dabei wird die Ableitung in Richtung eines beliebigen Vektors betrachtet und nicht nur in Richtung der Koordinatenachsen. Literatur [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Kurt Endl; Wolfgang Luh: Analysis II, Akademische Verlagsgesellschaft Frankfurt am Main, 1974 Hans Grauert; Wolfgang Fischer: Differential- und Integralrechnung II, 2., verbesserte Auflage, Springer Verlag Berlin, 1978 Einzelnachweise [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] ↑ Heuser verweist auf J. f. reine u. angew. Math., Nr. 17 (1837) (Harro Heuser: Lehrbuch der Analysis. Teil 2., Teubner Verlag, 2002, S. 247). Eine detaillierte Herkunft gibt Jeff Miller: [1]. ↑ Holm Altenbach, Johannes Altenbach, Konstantin Naumenko: Ebene Flächentragwerke. Grundlagen der Modellierung und Berechnung von Scheiben und Platten.
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