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Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen

Ableitung von eˣ: Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von eˣ ist eˣ. Mit Begründung über den Grenzwert, der Kettenregel für e^u, einem Graphen und Rechenbeispielen wie e^(3x) und x²eˣ.

Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,e^x = e^x
Ableitung
e^x
Mit Kettenregel
\dfrac{d}{dx}e^u = e^u\,u'
Jede höhere Ableitung
e^x
Wert von e
e \approx 2.71828
Als Integral
\int e^x\,dx = e^x + C
Auf dieser Seite
  1. Graph von eˣ
  2. Beweis mit dem Differenzenquotienten
  3. Mit der Kettenregel: Ableitung von e^u
  4. Rechenbeispiele
  5. Typische Fehler

Die Ableitung von e^x ist e^x. Funktionswert und Steigung sind an jeder Stelle gleich, und das macht e^x zur wichtigsten Funktion der Analysis.

\frac{d}{dx}\,e^x = e^x

Graph von eˣ

Graph von y = eˣ und seiner Tangente bei x = 0
An jeder Stelle ist der Funktionswert von e^x gleich seiner Steigung. Bei x = 0 sind beide 1, die Tangente dort ist also y = x + 1.

Weil e^x > 0 für jedes x gilt, ist die Steigung immer positiv, also steigt e^x immer. Und weil die Steigung mit dem Funktionswert wächst, biegt sich die Kurve immer schneller nach oben.

Beweis mit dem Differenzenquotienten

Nutze die Definition der Ableitung als Grenzwert:

\frac{d}{dx}e^x = \lim_{h \to 0}\frac{e^{x + h} - e^x}{h} = \lim_{h \to 0}\frac{e^x(e^h - 1)}{h} = e^x\lim_{h \to 0}\frac{e^h - 1}{h}

Für jede Basis a ist die Ableitung von a^x gleich a^x mal der Konstanten \lim_{h \to 0}\frac{a^h - 1}{h}. Für a = 2 ist diese Konstante ungefähr 0.693, für a = 3 ungefähr 1.099. Die Zahl e \approx 2.71828 ist genau die Basis, bei der die Konstante 1 ist:

\lim_{h \to 0}\frac{e^h - 1}{h} = 1 \quad\Longrightarrow\quad \frac{d}{dx}e^x = e^x

Du kannst das numerisch prüfen: Mit h = 0.001 ist \frac{e^{0.001} - 1}{0.001} \approx 1.0005.

Mit der Kettenregel: Ableitung von e^u

Steht im Exponenten etwas anderes als x, nimmst du die Kettenregel:

\frac{d}{dx}e^u = e^u \cdot u'

Schreibe die Exponentialfunktion genau so ab, wie sie ist, und multipliziere mit der Ableitung des Exponenten.

Funktion Exponent u Ableitung
e^{3x} 3x 3e^{3x}
e^{-x} -x -e^{-x}
e^{x^2} x^2 2xe^{x^2}
e^{\sin x} \sin x \cos x\,e^{\sin x}
e^{\sqrt{x}} \sqrt{x} \frac{e^{\sqrt{x}}}{2\sqrt{x}}

Einige davon haben eigene Seiten: e^(2x), e^(−x) und e^(x²).

Rechenbeispiele

Beispiel 1: Produktregel. Für f(x) = x^2e^x liefert die Produktregel

f'(x) = 2xe^x + x^2e^x = e^x(x^2 + 2x)

Klammerst du e^x aus, findest du leicht, wo f'(x) = 0 ist: bei x = 0 und x = -2.

Beispiel 2: Quotientenregel. Für g(x) = \frac{e^x}{x} liefert die Quotientenregel

g'(x) = \frac{xe^x - e^x}{x^2} = \frac{e^x(x - 1)}{x^2}

Beispiel 3: höhere Ableitungen. Jede Ableitung von e^x ist e^x, also gilt f^{(n)}(x) = e^x für jedes n. Deshalb lautet die Maclaurin-Reihe von e^x 1 + x + \frac{x^2}{2!} + \frac{x^3}{3!} + \cdots.

Typische Fehler

  1. Die Potenzregel anwenden. \frac{d}{dx}e^x \ne xe^{x - 1}. Die Potenzregel braucht einen konstanten Exponenten.
  2. Den Faktor aus der Kettenregel vergessen. \frac{d}{dx}e^{5x} = 5e^{5x}, nicht e^{5x}.
  3. Den Exponenten verändern. Die Ableitung von e^{x^2} behält e^{x^2}, daraus wird nicht e^{2x}.
  4. e wie eine Variable behandeln. e ist eine Konstante, also gilt \frac{d}{dx}e^2 = 0 und \frac{d}{dx}x^e = ex^{e - 1}.

Die Umkehrung, \int e^x\,dx = e^x + C, steht auf der Seite zum Integral von eˣ. Die Umkehrfunktion ist der natürliche Logarithmus, siehe die Ableitung von ln x und die natürliche Exponentialfunktion.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von e^x?

Die Ableitung von e^x ist e^x. Die Funktion ist ihre eigene Ableitung.

Warum ist die Ableitung von e^x gleich e^x?

Weil \frac{d}{dx}e^x = e^x\lim_{h \to 0}\frac{e^h - 1}{h} gilt und e genau die Zahl ist, für die dieser Grenzwert 1 ergibt.

Was ist die Ableitung von e^(3x)?

Nach der Kettenregel ist sie 3e^{3x}.

Ist die Ableitung von e^x gleich x·e^(x−1)?

Nein. Das ist die Potenzregel, und die funktioniert nur, wenn der Exponent konstant ist. Hier ist der Exponent die Variable, also lautet das Ergebnis e^x.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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