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Ableitungen trigonometrischer Funktionen

Ableitung von sec²x: Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von sec²x ist 2sec²x tan x. Mit zwei Beweisen, einem über die Kettenregel und einem über 1 + tan²x, sowie Beispielen wie sec²(3x).

Ableitungen trigonometrischer Funktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,\sec^2 x = 2\sec^2 x\tan x
Ableitung
2\sec^2 x\tan x für x \ne \frac{\pi}{2} + k\pi
Mit sin und cos
\dfrac{2\sin x}{\cos^3 x}
Mit Kettenregel
\dfrac{d}{dx}\sec^2 u = 2\sec^2 u\tan u\cdot u'
Zusammenhang mit tan x
\sec^2 x ist die Ableitung von \tan x, das hier ist also \frac{d^2}{dx^2}\tan x
Integral von sec²x
\int \sec^2 x\,dx = \tan x + C
Auf dieser Seite
  1. Graph von sec²x und seiner Ableitung
  2. Beweis 1: Kettenregel für (sec x)²
  3. Beweis 2: mit 1 + tan²x
  4. Beweis 3: über cos x
  5. Warum das die zweite Ableitung von tan x ist
  6. Varianten mit der Kettenregel
  7. Wo dir das begegnet
  8. Typische Fehler

Die Ableitung von \sec^2 x ist 2\sec^2 x\tan x. Lies \sec^2 x als (\sec x)^2 und wende dann einmal die Kettenregel an.

\frac{d}{dx}\,\sec^2 x = 2\sec^2 x\tan x

Graph von sec²x und seiner Ableitung

Graph von y = sec²x und seiner Ableitung y = 2sec²x tan x
Der U-förmige Ast von \sec^2 x hat sein Minimum bei x = 0, wo die Ableitung die Null durchläuft.

Beweis 1: Kettenregel für (sec x)²

Die äußere Funktion ist das Quadrat, die innere ist \sec x. Mit der Kettenregel und der Ableitung von sec x:

\frac{d}{dx}(\sec x)^2 = 2\sec x\cdot\frac{d}{dx}\sec x = 2\sec x\cdot\sec x\tan x = 2\sec^2 x\tan x

Beweis 2: mit 1 + tan²x

Die Identität \sec^2 x = 1 + \tan^2 x bietet einen zweiten Weg. Die 1 fällt weg, und \tan^2 x ist ein Quadrat von \tan x:

\frac{d}{dx}\left(1 + \tan^2 x\right) = 2\tan x\cdot\sec^2 x

Beide Wege stimmen überein, eine gute Probe für die Identität.

Beweis 3: über cos x

Es gilt \sec^2 x = (\cos x)^{-2}, also

\frac{d}{dx}(\cos x)^{-2} = -2(\cos x)^{-3}\cdot(-\sin x) = \frac{2\sin x}{\cos^3 x}

Zerlege das als 2\cdot\frac{1}{\cos^2 x}\cdot\frac{\sin x}{\cos x} = 2\sec^2 x\tan x.

Warum das die zweite Ableitung von tan x ist

Die Ableitung von tan x ist \sec^2 x. \sec^2 x abzuleiten ist also dasselbe, wie \tan x zweimal abzuleiten:

\frac{d^2}{dx^2}\tan x = 2\sec^2 x\tan x

Das Vorzeichen davon verrät dir die Krümmung von \tan x: rechtsgekrümmt für -\frac{\pi}{2} < x < 0 und linksgekrümmt für 0 < x < \frac{\pi}{2}.

Varianten mit der Kettenregel

\frac{d}{dx}\sec^2 u = 2\sec^2 u\tan u\cdot u'

Beispiel 1. \frac{d}{dx}\sec^2(3x) = 6\sec^2(3x)\tan(3x).

Beispiel 2. \frac{d}{dx}\sec^2(x^2) = 4x\sec^2(x^2)\tan(x^2).

Beispiel 3: ein Wert. Bei x = \frac{\pi}{4} ist \sec^2\frac{\pi}{4} = 2 und \tan\frac{\pi}{4} = 1, die Steigung ist also 2\cdot 2\cdot 1 = 4.

Beispiel 4: ein Produkt. \frac{d}{dx}(x\sec^2 x) = \sec^2 x + 2x\sec^2 x\tan x.

Wo dir das begegnet

Die Ableitung von \sec^2 x taucht vor allem an zwei Stellen auf. Erstens bei der Bestimmung von Krümmung und Wendepunkten von \tan x, denn \sec^2 x ist dessen erste Ableitung. Zweitens beim Integrieren: Erkennst du 2\sec^2 x\tan x als Ableitung, kannst du sie mit der Substitutionsregel schnell rückgängig machen. Mit u = \tan x wird \int 2\tan x\sec^2 x\,dx zu \int 2u\,du = \tan^2 x + C. Da sich \tan^2 x und \sec^2 x nur um 1 unterscheiden, ist das dieselbe Familie von Stammfunktionen.

Typische Fehler

  1. Bei 2\sec x aufhören. Das ist nur die äußere Ableitung. Multipliziere mit \sec x\tan x.
  2. \tan x als Antwort. \tan x ist das Integral von \sec^2 x, nicht seine Ableitung. Siehe das Integral von sec²x.
  3. \sec^2 x wie \sec(x^2) behandeln. \frac{d}{dx}\sec(x^2) = 2x\sec(x^2)\tan(x^2), und das ist etwas anderes.

Quadrate von Sinus und Kosinus folgen demselben Muster: siehe die Ableitung von sin²x und die Ableitung von cos²x.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von sec²x?

Sie lautet 2\sec^2 x\tan x.

Was ist die zweite Ableitung von tan x?

Die erste Ableitung ist \sec^2 x, und deren Ableitung ist 2\sec^2 x\tan x. Also gilt \frac{d^2}{dx^2}\tan x = 2\sec^2 x\tan x.

Was ist die Ableitung von sec²(2x)?

Mit der Kettenregel: 2\sec(2x)\cdot\sec(2x)\tan(2x)\cdot 2 = 4\sec^2(2x)\tan(2x).

Ist die Ableitung von sec²x gleich tan x?

Nein, das ist genau umgekehrt. \tan x ist die Stammfunktion von \sec^2 x. Die Ableitung von \sec^2 x ist 2\sec^2 x\tan x.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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