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Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen

Ableitung von ln x: Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von ln x ist 1/x. Mit Beweis aus eʸ = x, der Kettenregel für ln(u), einem Graphen und Rechenbeispielen wie ln(2x) und ln(x²+1).

Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen Aktualisiert 3 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,\ln x = \frac{1}{x}
Ableitung
\dfrac{1}{x} für x > 0
Mit Kettenregel
\dfrac{d}{dx}\ln u = \dfrac{u'}{u}
Mit Betrag
\dfrac{d}{dx}\ln\lvert x\rvert = \dfrac{1}{x} für x \ne 0
Definitionsbereich von ln x
x > 0
Als Integral
\int \frac{1}{x}\,dx = \ln\lvert x\rvert + C
Auf dieser Seite
  1. Graph von ln x und seiner Ableitung
  2. Beweis, dass die Ableitung von ln x gleich 1/x ist
  3. Mit der Kettenregel: Ableitung von ln(u)
  4. Rechenbeispiele
  5. Typische Fehler

Die Ableitung von \ln x ist \dfrac{1}{x}. Sie gehört zu den meistgenutzten Ergebnissen der Analysis und schließt eine Lücke, die die Potenzregel offen lässt: Keine Potenz von x hat \frac{1}{x} als Ableitung, der natürliche Logarithmus aber schon.

\frac{d}{dx}\,\ln x = \frac{1}{x}, \qquad x > 0

Graph von ln x und seiner Ableitung

Graph von y = ln x und seiner Ableitung y = 1/x
Die Steigung von \ln x ist in der Nähe von x = 0 groß und wird kleiner, je größer x wird. Bei x = 1 ist die Steigung genau 1, passend zu \frac{1}{1} = 1.

Da \frac{1}{x} für x > 0 immer positiv ist, ist der natürliche Logarithmus streng monoton steigend. Und weil \frac{1}{x} kleiner wird, wenn x wächst, steigt \ln x immer langsamer an. Deshalb ist der Graph rechtsgekrümmt.

Beweis, dass die Ableitung von ln x gleich 1/x ist

Sei y = \ln x. Nach der Definition des natürlichen Logarithmus bedeutet das

e^y = x

Leite beide Seiten nach x ab und nutze auf der linken Seite implizites Differenzieren:

e^y \cdot \frac{dy}{dx} = 1 \quad\Longrightarrow\quad \frac{dy}{dx} = \frac{1}{e^y} = \frac{1}{x}

Im letzten Schritt wird wieder e^y = x verwendet. Der Beweis beruht darauf, dass die Ableitung von e^x wieder e^x ist. Mehr dazu findest du auf der Seite zur Ableitung von eˣ.

Mit der Kettenregel: Ableitung von ln(u)

Meist steht im Logarithmus etwas anderes als ein bloßes x. Mit der Kettenregel gilt:

\frac{d}{dx}\,\ln u = \frac{1}{u}\cdot u' = \frac{u'}{u}

In Worten: innere Ableitung durch innere Funktion.

Funktion Innere Funktion u Ableitung \frac{u'}{u}
\ln(2x) 2x \frac{2}{2x} = \frac{1}{x}
\ln(x^2 + 1) x^2 + 1 \frac{2x}{x^2 + 1}
\ln(\sin x) \sin x \frac{\cos x}{\sin x} = \cot x
\ln(e^x + 3) e^x + 3 \frac{e^x}{e^x + 3}
\ln(\ln x) \ln x \frac{1}{x\ln x}

Rechenbeispiele

Beispiel 1: ein Produkt. Leite f(x) = x^3 \ln x mit der Produktregel ab:

f'(x) = 3x^2 \ln x + x^3 \cdot \frac{1}{x} = 3x^2\ln x + x^2

Beispiel 2: erst vereinfachen. Leite g(x) = \ln\!\left(\dfrac{x^4}{x + 1}\right) ab. Mit den Logarithmusgesetzen wird aus dem Quotienten eine Differenz:

g(x) = 4\ln x - \ln(x + 1) \quad\Longrightarrow\quad g'(x) = \frac{4}{x} - \frac{1}{x + 1}

Das geht viel schneller, als die Quotientenregel innerhalb der Kettenregel anzuwenden. Logarithmen vor dem Ableiten zu zerlegen ist die Idee hinter dem logarithmischen Differenzieren.

Beispiel 3: eine Tangente. Die Tangente an y = \ln x bei x = e hat die Steigung \frac{1}{e} und verläuft durch (e, 1):

y - 1 = \frac{1}{e}(x - e) \quad\Longrightarrow\quad y = \frac{x}{e}

Diese Gerade geht durch den Ursprung.

Typische Fehler

  1. \frac{1}{u} schreiben und aufhören. \frac{d}{dx}\ln(x^2 + 1) ist nicht \frac{1}{x^2+1}. Multipliziere mit der inneren Ableitung 2x.
  2. \ln(x^2) und (\ln x)^2 gleichsetzen. \frac{d}{dx}\ln(x^2) = \frac{2}{x}, aber \frac{d}{dx}(\ln x)^2 = \frac{2\ln x}{x}.
  3. \frac{1}{x} für andere Basen verwenden. \frac{d}{dx}\log_{10} x braucht den zusätzlichen Faktor \frac{1}{\ln 10}. Siehe die Ableitung von log x.
  4. Den Definitionsbereich vergessen. \ln x existiert nur für x > 0. Für negative Eingaben nimmst du \ln\lvert x\rvert, das dieselbe Ableitung \frac{1}{x} hat.

Mehr zu Logarithmen und Exponentialfunktionen zusammen liest du im Artikel über Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen, oder sieh dir die Seite zum natürlichen Logarithmus an.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von ln x?

Die Ableitung von \ln x ist \frac{1}{x}, für jedes x > 0.

Was ist die Ableitung von ln(2x)?

Sie ist \frac{1}{x}. Nach der Kettenregel gilt \frac{d}{dx}\ln(2x) = \frac{2}{2x} = \frac{1}{x}. Du siehst es auch an \ln(2x) = \ln 2 + \ln x, wobei \ln 2 eine Konstante ist.

Was ist die Ableitung von ln(x²)?

Sie ist \frac{2x}{x^2} = \frac{2}{x}. Du kannst auch zuerst \ln(x^2) = 2\ln x umschreiben und erhältst direkt \frac{2}{x}.

Ist die Ableitung von ln x dieselbe wie die von log x?

Nur beim natürlichen Logarithmus. Für den Zehnerlogarithmus gilt \frac{d}{dx}\log_{10} x = \frac{1}{x\ln 10}. Allgemein gilt \frac{d}{dx}\log_b x = \frac{1}{x\ln b}.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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