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Kann mir jemand die folgende Aufgabe erklären?

Linearisieren Sie folgende Funktionen in der Umgebung der jeweils genannten Stelle:

y = √(1+x4  ) , x0 = 1


Ich habe gerade erst mit dem Thema begonnen und hab bis jetzt leider nur verstanden, dass man sich der Stelle x0 nähern muss.

Vielen Dank!

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Aloha :)

Die Idee ist, dass du an der Stelle \(x_0=1\) eine Gerade an die Funktion \(y=f(x)=\sqrt{1+x^4}\) legst. Diese Gerade wird als Tangente \(t(x)\) realisiert. Das heißt, die Gerade \(t(x)\) berührt die Funktion \(f(x)\) an der Stelle \(x=x_0\). Diese Tangente kannst du allgemein wie folgt berechnen:

$$t(x)=f(x_0)+f'(x_0)\cdot\left(x-x_0\right)$$

\(f(x_0)\) ist der \(y\)-Wert des oben erwähnten Berührpunkts. An diesem Punkt berechnen wir die Steigung der Funktion, also \(f'(x_0)\), und nehmen diese Steigung auch als die Steigung der Tangente \(t(x)\). Wenn wir uns nun vom Berührpunkt \(x_0\) ein Stück zur Position \(x\) hin entfernen, also auf der \(x\)-Achse den Weg \((x-x_0)\) zurücklegen, ändert sich der \(y\)-Wert der Tangente um \(f'(x_0)\cdot(x-x_0)\), weil ja \(f'(x_0)\) die Steigung angibt.

In deinem Fall hier ist \(x_0=1\) und damit:

$$f(1)=\sqrt{1+1^4}=\sqrt2$$$$f'(x)=\frac{1}{2\sqrt{1+x^4}}\cdot4x^3=\frac{2x^3}{\sqrt{1+x^4}}\quad\Rightarrow\quad f'(1)=\frac{2}{\sqrt2}=\sqrt2$$

Die gesuchte Linearisierung lautet also:

$$t(x)=\sqrt2+\sqrt2\cdot(x-1)=\sqrt2\cdot x$$

~plot~ sqrt(1+x^4);sqrt(2)*x; [[-2|2|-1|4]] ~plot~

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f(x) = √(x^4 + 1)
f'(x) = 2·x^3/√(x^4 + 1)


Tangente an der Stelle x = 1

t(x) = f'(1)·(x - 1) + f(1) = √2·(x - 1) + √2 = √2·x


Alternativ das Taylorpolynom 1. Grades an der Stelle x = 1

T1(x) = f(1)/0!·(x - 1)^0 + f'(1)/1!·(x - 1)^1 = √2·x


Skizze

~plot~ sqrt(1+x^4);sqrt(2)*x ~plot~

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