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Ableitungen trigonometrischer Funktionen

Ableitung von sin 2x: Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von sin 2x ist 2cos 2x. Mit Beweis über die Kettenregel, einer Probe mit 2 sin x cos x, der allgemeinen Regel für sin(ax) und Rechenbeispielen.

Ableitungen trigonometrischer Funktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,\sin 2x = 2\cos 2x
Ableitung
2\cos 2x
Allgemeine Regel
\dfrac{d}{dx}\sin(ax) = a\cos(ax)
Zweite Ableitung
-4\sin 2x
Periode
\pi, halb so lang wie die Periode von \sin x
Integral von sin 2x
\int\sin 2x\,dx = -\frac{1}{2}\cos 2x + C
Auf dieser Seite
  1. Graph von sin 2x und seiner Ableitung
  2. Beweis mit der Kettenregel
  3. Probe mit der Formel für den doppelten Winkel
  4. Warum die 2 nach vorne kommt
  5. Rechenbeispiele
  6. Wo dir das begegnet
  7. Typische Fehler

Die Ableitung von \sin 2x ist 2\cos 2x. Die Kettenregel holt den inneren Faktor 2 nach vorne, und die innere Funktion 2x bleibt gleich.

\frac{d}{dx}\,\sin 2x = 2\cos 2x

Graph von sin 2x und seiner Ableitung

Graph von y = sin 2x und seiner Ableitung y = 2cos 2x
\sin 2x schwingt doppelt so schnell wie \sin x, seine Steigungen sind also doppelt so steil. Die Ableitung erreicht \pm 2.

Beweis mit der Kettenregel

Äußere Funktion \sin u, innere Funktion u = 2x, also u' = 2. Mit der Kettenregel und der Ableitung von sin x:

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

Probe mit der Formel für den doppelten Winkel

Schreibe \sin 2x = 2\sin x\cos x und nutze die Produktregel:

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

Mit der Formel \cos^2 x - \sin^2 x = \cos 2x wird daraus 2\cos 2x. Zwei Methoden, ein Ergebnis.

Warum die 2 nach vorne kommt

Stauchst du den Graphen waagerecht um den Faktor 2, wird er überall doppelt so steil. Genau das hält der Faktor 2 vor \cos 2x fest. Allgemein gilt:

\frac{d}{dx}\sin(ax) = a\cos(ax), \qquad \frac{d}{dx}\sin(ax + b) = a\cos(ax + b)
Funktion Ableitung
\sin 3x 3\cos 3x
\sin\frac{x}{2} \frac{1}{2}\cos\frac{x}{2}
\sin(2x + 1) 2\cos(2x + 1)
\sin(\pi x) \pi\cos(\pi x)
5\sin 2x 10\cos 2x

Rechenbeispiele

Beispiel 1: ein Wert. Bei x = \frac{\pi}{6} ist die Steigung 2\cos\frac{\pi}{3} = 2\cdot\frac{1}{2} = 1.

Beispiel 2: ein Produkt. \frac{d}{dx}(x\sin 2x) = \sin 2x + 2x\cos 2x.

Beispiel 3: höhere Ableitungen. Jede Ableitung bringt eine weitere 2 hervor: \frac{d^2}{dx^2}\sin 2x = -4\sin 2x, \frac{d^3}{dx^3}\sin 2x = -8\cos 2x und \frac{d^4}{dx^4}\sin 2x = 16\sin 2x.

Beispiel 4: ein Zusammenhang mit sin²x. Die Ableitung von sin²x ist \sin 2x. Also ist \sin^2 x eine Stammfunktion von \sin 2x, und -\frac{1}{2}\cos 2x ebenso. Die beiden unterscheiden sich um eine Konstante, denn \sin^2 x = \frac{1}{2} - \frac{1}{2}\cos 2x.

Wo dir das begegnet

Die Funktion \sin 2x taucht immer dann auf, wenn sich eine Schwingung doppelt so oft wiederholt wie \sin x. Sie erscheint auch als vereinfachtes Ergebnis, zum Beispiel als Ableitung von \sin^2 x. Kennst du ihre Ableitung, sparst du also Zeit bei zweiten Ableitungen. In der Physik steckt \sin 2\theta in der Wurfweite beim schiefen Wurf, und ihre Ableitung sagt dir, wie sich die Wurfweite ändert, wenn du den Abwurfwinkel veränderst.

Typische Fehler

  1. Die 2 vergessen. \frac{d}{dx}\sin 2x ist nicht \cos 2x.
  2. Die innere Funktion verändern. Das Ergebnis ist 2\cos 2x, nicht 2\cos x.
  3. Teilen statt multiplizieren. Das \frac{1}{2} kommt beim Integrieren vor, nicht beim Ableiten. Siehe das Integral von sin 2x.
  4. \sin 2x mit 2\sin x verwechseln. \frac{d}{dx}(2\sin x) = 2\cos x. Die Graphen sind verschieden.

Weitere Übungen findest du bei den Aufgaben zur Kettenregel.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von sin 2x?

Sie lautet nach der Kettenregel 2\cos 2x.

Warum ist die Ableitung von sin 2x nicht cos 2x?

Wegen der Kettenregel. Die innere Funktion 2x hat die Ableitung 2, und mit der musst du multiplizieren.

Was ist die Ableitung von 2 sin x cos x?

Sie ist 2\cos 2x, denn 2\sin x\cos x = \sin 2x. Die Produktregel liefert 2(\cos^2 x - \sin^2 x), und das ist dasselbe.

Was ist die Ableitung von sin(2x + 1)?

Sie ist 2\cos(2x + 1). Die Konstante 1 ändert die innere Ableitung nicht.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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