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Ableitungen trigonometrischer Funktionen

Ableitung von sin(x²): Formel, Beweis und Beispiele

Die Ableitung von sin(x²) ist 2x cos(x²). Mit der Kettenregel Schritt für Schritt, dem Unterschied zu sin²x, der zweiten Ableitung und Rechenbeispielen.

Ableitungen trigonometrischer Funktionen Aktualisiert 2 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

\frac{d}{dx}\,\sin(x^2) = 2x\cos(x^2)
Ableitung
2x\cos(x^2)
Äußere und innere Funktion
Äußere \sin u, innere u = x^2
Zweite Ableitung
2\cos(x^2) - 4x^2\sin(x^2)
Nicht zu verwechseln mit
\sin^2 x, dessen Ableitung \sin 2x ist
Integral
\int\sin(x^2)\,dx hat keine elementare Stammfunktion
Auf dieser Seite
  1. Graph von sin(x²) und seiner Ableitung
  2. Beweis mit der Kettenregel
  3. sin(x²) im Vergleich zu sin²x
  4. Rechenbeispiele
  5. Äußere und innere Funktion erkennen
  6. Typische Fehler

Die Ableitung von \sin(x^2) ist 2x\cos(x^2). Das ist eine klassische Aufgabe zur Kettenregel: Der Sinus steht außen, x^2 innen.

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

Graph von sin(x²) und seiner Ableitung

Graph von y = sin(x²) und seiner Ableitung y = 2x cos(x²)
Die Wellen von \sin(x^2) rücken enger zusammen, je größer \lvert x\rvert wird, die Steigungen werden also steiler. Genau das erfasst der Faktor 2x in der Ableitung.

Anders als \sin x ist diese Funktion nicht periodisch. Sie wird schneller, je weiter du dich von 0 entfernst, und die Ableitung wächst ungefähr wie 2x.

Beweis mit der Kettenregel

Setze u = x^2, also y = \sin u. Dann gilt

\frac{dy}{du} = \cos u, \qquad \frac{du}{dx} = 2x

Multipliziere:

\frac{dy}{dx} = \frac{dy}{du}\cdot\frac{du}{dx} = \cos u\cdot 2x = 2x\cos(x^2)

Die innere Funktion x^2 wird unverändert in den Kosinus übernommen. Ihre Ableitung 2x kommt nach vorne. Die beiden Zutaten sind die Ableitung von sin x und die Ableitung von x².

sin(x²) im Vergleich zu sin²x

Diese beiden werden leicht verwechselt und haben verschiedene Ableitungen:

Funktion Bedeutung Ableitung
\sin(x^2) Sinus von x^2 2x\cos(x^2)
\sin^2 x (\sin x)^2 2\sin x\cos x = \sin 2x
\sin 2x Sinus von 2x 2\cos 2x

Bei x = 1 zum Beispiel ist \sin(1) \approx 0.841, aber \sin^2(1) \approx 0.708. Siehe die Ableitung von sin²x und die Ableitung von sin 2x.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: eine Konstante im Inneren. \frac{d}{dx}\sin(3x^2) = \cos(3x^2)\cdot 6x = 6x\cos(3x^2).

Beispiel 2: ein Wert. Bei x = \sqrt{\pi} ist x^2 = \pi und \cos\pi = -1, die Steigung ist also 2\sqrt{\pi}\cdot(-1) = -2\sqrt{\pi} \approx -3.54.

Beispiel 3: ein Produkt. Mit der Produktregel:

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

Beispiel 4: zweite Ableitung. Leite 2x\cos(x^2) mit der Produktregel ab:

\frac{d}{dx}\left(2x\cos(x^2)\right) = 2\cos(x^2) + 2x\cdot\left(-2x\sin(x^2)\right) = 2\cos(x^2) - 4x^2\sin(x^2)

Beispiel 5: andere Potenzen. \frac{d}{dx}\sin(x^3) = 3x^2\cos(x^3) und \frac{d}{dx}\cos(x^2) = -2x\sin(x^2).

Äußere und innere Funktion erkennen

Das Schwierigste an dieser Aufgabe ist, sie richtig zu lesen. Frag dich, welche Rechenoperation du zuletzt ausführen würdest, wenn du eine Zahl einsetzt. Bei \sin(x^2) mit x = 3 quadrierst du zuerst und erhältst 9, dann nimmst du den Sinus. Der letzte Schritt, der Sinus, ist die äußere Funktion. Der erste Schritt, das Quadrieren, ist die innere. Diese Reihenfolge sagt dir genau, wie du die Kettenregel anwendest. Derselbe Test funktioniert bei jeder Verkettung: Was zuletzt passiert, wird zuerst abgeleitet, und der Rest wird als innere Ableitung dazumultipliziert.

Typische Fehler

  1. Das 2x weglassen. \cos(x^2) allein ist nur die äußere Ableitung.
  2. Die innere Funktion verändern. Wer 2x\cos x oder \cos 2x schreibt, verliert das x^2.
  3. Es als \sin^2 x lesen. Prüfe die Klammern, bevor du anfängst.

Die Kettenregel rückwärts angewendet ist die Substitutionsregel: \int 2x\cos(x^2)\,dx = \sin(x^2) + C. Übe weiter mit den Aufgaben zur Kettenregel.

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Häufig gestellte Fragen

Was ist die Ableitung von sin(x²)?

Sie lautet 2x\cos(x^2). Die äußere Ableitung ist \cos(x^2), die innere Ableitung 2x.

Was ist der Unterschied zwischen sin(x²) und sin²x?

Bei \sin(x^2) quadrierst du zuerst x und nimmst dann den Sinus. Bei \sin^2 x = (\sin x)^2 nimmst du zuerst den Sinus und quadrierst dann. Die Ableitungen sind 2x\cos(x^2) und 2\sin x\cos x.

Was ist die Ableitung von sin(3x²)?

Sie lautet 6x\cos(3x^2), denn die Ableitung von 3x^2 ist 6x.

Was ist das Integral von sin(x²)?

Es gibt keine Formel aus elementaren Funktionen. Es definiert das Fresnel-Integral und wird meist numerisch berechnet. Dagegen gilt mit der Substitutionsregel \int 2x\cos(x^2)\,dx = \sin(x^2) + C.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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