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Ableitungen der Arkusfunktionen

Ableitung von arcsin x: Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von arcsin x ist 1/√(1 − x²). Mit Beweis aus sin y = x, der Kettenregel für arcsin(u), einem Graphen und ausführlichen Rechenbeispielen.

Ableitungen der Arkusfunktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}
Ableitung
\dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}} für -1 < x < 1
Mit Kettenregel
\dfrac{d}{dx}\arcsin u = \dfrac{u'}{\sqrt{1 - u^2}}
Definitionsbereich von arcsin x
[-1, 1]
Wertebereich von arcsin x
\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]
Als Integral
\int \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}\,dx = \arcsin x + C
Auf dieser Seite
  1. Graph von arcsin x und seiner Ableitung
  2. Beweis der Ableitung von arcsin x
  3. Mit der Kettenregel: Ableitung von arcsin(u)
  4. Rechenbeispiele
  5. Typische Fehler

Die Ableitung von \arcsin x ist \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}. Sie gilt auf dem offenen Intervall -1 < x < 1, wo der Arkussinus glatt verläuft.

\frac{d}{dx}\,\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \qquad -1 < x < 1

Graph von arcsin x und seiner Ableitung

Graph von y = arcsin x und seiner Ableitung
Die Steigung von \arcsin x ist bei x = 0 am kleinsten, nämlich 1, und wächst in der Nähe von x = \pm 1 über alle Grenzen.

Die Ableitung ist nie negativ, also steigt \arcsin x immer. Die kleinste Steigung ist 1 im Ursprung, und an den Randpunkten (\pm 1, \pm\frac{\pi}{2}) verläuft die Kurve senkrecht.

Beweis der Ableitung von arcsin x

Sei y = \arcsin x. Dann gilt \sin y = x mit -\frac{\pi}{2} \le y \le \frac{\pi}{2}. Leite beide Seiten mit implizitem Differenzieren ab:

\cos y \cdot \frac{dy}{dx} = 1 \quad\Longrightarrow\quad \frac{dy}{dx} = \frac{1}{\cos y}

Jetzt drückst du \cos y durch x aus. Aus \sin^2 y + \cos^2 y = 1 folgt \cos y = \pm\sqrt{1 - x^2}. Auf \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right] ist der Kosinus nie negativ, also nimmst du die positive Wurzel:

\frac{d}{dx}\arcsin x = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}

Dieselbe Idee funktioniert für jede Umkehrfunktion, siehe die Ableitung der Umkehrfunktion.

Mit der Kettenregel: Ableitung von arcsin(u)

Mit der Kettenregel kommt die innere Ableitung in den Zähler:

\frac{d}{dx}\arcsin u = \frac{u'}{\sqrt{1 - u^2}}
Funktion Innere Funktion u Ableitung
\arcsin(2x) 2x \frac{2}{\sqrt{1 - 4x^2}}
\arcsin(x^2) x^2 \frac{2x}{\sqrt{1 - x^4}}
\arcsin\!\left(\frac{x}{a}\right), a > 0 \frac{x}{a} \frac{1}{\sqrt{a^2 - x^2}}
\arcsin(e^x) e^x \frac{e^x}{\sqrt{1 - e^{2x}}}

Die dritte Zeile solltest du dir merken. Aus ihr folgt \int \frac{dx}{\sqrt{a^2 - x^2}} = \arcsin\frac{x}{a} + C.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: ein Produkt. Leite f(x) = x\arcsin x mit der Produktregel ab:

f'(x) = \arcsin x + \frac{x}{\sqrt{1 - x^2}}

Beispiel 2: Steigung an einer Stelle. Die Steigung von y = \arcsin x bei x = \frac{1}{2} ist

\frac{1}{\sqrt{1 - \frac{1}{4}}} = \frac{1}{\sqrt{3}/2} = \frac{2}{\sqrt{3}} \approx 1.155

Beispiel 3: eine Potenz von arcsin. Bei g(x) = (\arcsin x)^2 ist die äußere Funktion ein Quadrat:

g'(x) = 2\arcsin x \cdot \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} = \frac{2\arcsin x}{\sqrt{1 - x^2}}

Typische Fehler

  1. \sin^{-1} x als \frac{1}{\sin x} lesen. Die -1 steht für die Umkehrfunktion, nicht für den Kehrwert.
  2. Die innere Ableitung vergessen. \frac{d}{dx}\arcsin(3x) ist \frac{3}{\sqrt{1 - 9x^2}}, nicht \frac{1}{\sqrt{1 - 9x^2}}.
  3. Bei der Kettenregel nur x quadrieren. Unter der Wurzel brauchst du 1 - u^2, also ergibt \arcsin(x^2) den Ausdruck \sqrt{1 - x^4}, nicht \sqrt{1 - x^2}.
  4. Das Vorzeichen mit arccos verwechseln. Die Ableitung von arccos x ist derselbe Ausdruck mit Minuszeichen.

Umgekehrt ist das Integral von 1/√(1 − x²) gleich \arcsin x + C, und für das Integral von arcsin x brauchst du partielle Integration. Übe weiter mit Aufgaben zu Ableitungen der Arkusfunktionen oder lies mehr über den Arkussinus.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von arcsin x?

Die Ableitung von \arcsin x (auch \sin^{-1} x geschrieben) ist \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}} für -1 < x < 1.

Was ist die Ableitung von arcsin(2x)?

Mit der Kettenregel ist sie \frac{2}{\sqrt{1 - (2x)^2}} = \frac{2}{\sqrt{1 - 4x^2}}, gültig für -\frac{1}{2} < x < \frac{1}{2}.

Ist die Ableitung von arcsin x bei x = 1 definiert?

Nein. Bei x = \pm 1 ist der Nenner \sqrt{1 - x^2} null, und der Graph von \arcsin x hat eine senkrechte Tangente. Dort existiert die Ableitung also nicht.

Ist sin⁻¹ x dasselbe wie 1/sin x?

Nein. \sin^{-1} x bezeichnet die Umkehrfunktion \arcsin x. Der Kehrwert \frac{1}{\sin x} ist \csc x, und dessen Ableitung ist -\csc x\cot x.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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