Ableitung von ln(cos x): Formel, Schritte und Beispiele
Die Ableitung von ln(cos x) ist −tan x. Mit den Schritten der Kettenregel, dem Zusammenhang mit dem Integral von tan x, Graph sowie ln(sin x) und ln(sec x).
Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen Aktualisiert 3 Min. Lesezeit
Auf einen Blick
- Ableitung
- -\tan x dort, wo \cos x > 0
- Zweite Ableitung
- -\sec^2 x
- Mit Betrag
- \dfrac{d}{dx}\ln\lvert\cos x\rvert = -\tan x dort, wo \cos x \ne 0
- Zugehöriges Integral
- \int\tan x\,dx = -\ln\lvert\cos x\rvert + C
- Gegenstück
- \dfrac{d}{dx}\ln(\sin x) = \cot x
Auf dieser Seite
Die Ableitung von \ln(\cos x) ist -\tan x. Sie ist eine kurze Rechnung mit der Kettenregel und der Grund, warum im Integral von \tan x ein Logarithmus auftaucht.
Schritt für Schritt mit der Kettenregel
Für den Logarithmus einer Funktion liefern die Ableitung von ln x und die Kettenregel zusammen \frac{d}{dx}\ln u = \frac{u'}{u}. Hier ist u = \cos x:
- Die innere Funktion ist u = \cos x.
- Ihre Ableitung ist u' = -\sin x (siehe die Ableitung von cos x).
- Teilen: \frac{u'}{u} = \frac{-\sin x}{\cos x} = -\tan x.
Wo ln(cos x) definiert ist
Ein Logarithmus akzeptiert nur positive Eingaben, also existiert \ln(\cos x) nur dort, wo \cos x > 0 ist. Das ist das Intervall \left(-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right) und seine um 2\pi verschobenen Kopien. Wo \cos x < 0 gilt, nimmst du stattdessen \ln\lvert\cos x\rvert. Diese Funktion hat überall dort, wo \cos x \ne 0 ist, dieselbe Ableitung -\tan x.
Graph von ln(cos x) und seiner Ableitung
Wegen \cos x \le 1 gilt \ln(\cos x) \le 0, mit dem Maximalwert 0 bei x = 0. Die zweite Ableitung ist -\sec^2 x und damit immer negativ, der Graph ist also überall, wo er existiert, rechtsgekrümmt.
Warum daraus das Integral von tan x folgt
Dreh das Ergebnis um. Wegen \frac{d}{dx}\ln\lvert\cos x\rvert = -\tan x gilt
Die beiden Formen sind gleich, weil -\ln\lvert\cos x\rvert = \ln\frac{1}{\lvert\cos x\rvert} ist. Den vollständigen Weg mit der Substitutionsregel findest du auf der Seite zum Integral von tan x.
Logarithmen anderer trigonometrischer Funktionen
| Funktion | Ableitung |
|---|---|
| \ln(\cos x) | -\tan x |
| \ln(\sin x) | \cot x |
| \ln(\sec x) | \tan x |
| \ln(\tan x) | \frac{\sec^2 x}{\tan x} = \frac{1}{\sin x\cos x} |
| \ln(\sec x + \tan x) | \sec x |
Die letzte Zeile ist die berühmte Grundlage für \int\sec x\,dx = \ln\lvert\sec x + \tan x\rvert + C. Probe: Die Ableitung der inneren Funktion ist \sec x\tan x + \sec^2 x = \sec x(\tan x + \sec x), und nach dem Teilen durch \sec x + \tan x bleibt \sec x übrig.
Rechenbeispiele
Beispiel 1. \frac{d}{dx}\ln(\cos 2x) = \frac{-2\sin 2x}{\cos 2x} = -2\tan 2x.
Beispiel 2. \frac{d}{dx}\ln(\cos^2 x) = \frac{d}{dx}2\ln(\cos x) = -2\tan x.
Beispiel 3: Tangente. Bei x = \frac{\pi}{4} ist \ln\left(\cos\frac{\pi}{4}\right) = \ln\frac{\sqrt{2}}{2} = -\frac{\ln 2}{2} \approx -0.347, und die Steigung ist -\tan\frac{\pi}{4} = -1. Die Tangente lautet y = -\frac{\ln 2}{2} - \left(x - \frac{\pi}{4}\right).
Typische Fehler
- \frac{1}{\cos x} schreiben. Das ist \sec x, und dabei fehlt die innere Ableitung -\sin x.
- Das Minuszeichen verlieren. Die Ableitung von \cos x ist -\sin x, das Ergebnis ist also -\tan x, nicht \tan x.
- -\frac{1}{\sin x} schreiben. Du hast die innere Ableitung umgedreht, statt durch die innere Funktion zu teilen.
Übe weitere Aufgaben zur Kettenregel mit trigonometrischen Funktionen bei den Aufgaben zu trigonometrischen Ableitungen.
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