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Ableitungsregeln

Ableitung der Umkehrfunktion: Formel und Beispiele

Die Ableitung der Umkehrfunktion: Die Ableitung von f⁻¹ an der Stelle x ist 1/f'(f⁻¹(x)). Formel, Kehrwert der Steigung, Beispiele mit arcsin und ln.

Ableitungsregeln Aktualisiert 3 Min. Lesezeit

Auf einen Blick

(f^{-1})'(x) = \frac{1}{f'\big(f^{-1}(x)\big)}
Gilt für
Eine umkehrbare (injektive), differenzierbare Funktion f an Stellen mit f'(f^{-1}(x)) \ne 0
Punktform
Ist f(a) = b, so gilt (f^{-1})'(b) = \frac{1}{f'(a)}
Leibniz-Schreibweise
\frac{dx}{dy} = \frac{1}{dy/dx}
Geometrische Bedeutung
Die Spiegelung an y = x vertauscht Höhen- und Breitenunterschied, also werden Steigungen zu Kehrwerten
Liefert
Die Ableitungen von \ln x, \sqrt{x}, \arcsin x und \arctan x
Auf dieser Seite
  1. Die Formel für die Ableitung der Umkehrfunktion
  2. Warum die Regel gilt
  3. Rechenbeispiele
  4. Ableitungen, die die Regel liefert
  5. Häufige Fehler

Die Regel für die Ableitung der Umkehrfunktion liefert die Ableitung einer Umkehrfunktion aus der Ableitung der ursprünglichen Funktion. Hat f im Punkt (a, b) die Steigung m, dann hat f^{-1} im gespiegelten Punkt (b, a) die Steigung \frac{1}{m}. Eine Formel für die Umkehrfunktion brauchst du dafür nicht.

Die Formel für die Ableitung der Umkehrfunktion

Sei f umkehrbar und differenzierbar mit Umkehrfunktion f^{-1}. Ist f'(f^{-1}(x)) \ne 0, dann ist f^{-1} an der Stelle x differenzierbar und

(f^{-1})'(x) = \frac{1}{f'\big(f^{-1}(x)\big)}

Meist ist die Punktform praktischer. Ist f(a) = b und f'(a) \ne 0:

(f^{-1})'(b) = \frac{1}{f'(a)}

In Leibniz-Schreibweise, mit y = f(x) und x = f^{-1}(y), lautet sie \frac{dx}{dy} = \frac{1}{dy/dx}.

Graphen von y = x² und y = √x, gespiegelt an y = x
In (2, 4) hat die Parabel die Steigung 4. Im gespiegelten Punkt (4, 2) hat die Wurzelfunktion die Steigung \frac{1}{4}.

Warum die Regel gilt

Gehe von der Identität f(f^{-1}(x)) = x aus und leite beide Seiten mit der Kettenregel ab:

f'\big(f^{-1}(x)\big) \cdot (f^{-1})'(x) = 1

Teile durch f'(f^{-1}(x)), und du hast die Regel. Geometrisch vertauscht die Spiegelung eines Graphen an y = x die Rollen von x und y, also Höhen- und Breitenunterschied, und so wird jede Steigung zu ihrem Kehrwert.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: ohne Formel für die Umkehrfunktion. Sei f(x) = x^3 + x + 1. Diese Funktion ist streng monoton steigend und damit umkehrbar. Bestimme (f^{-1})'(3).

Schritt 1. Löse f(a) = 3: Aus a^3 + a + 1 = 3 folgt a = 1.

Schritt 2. Leite ab: f'(x) = 3x^2 + 1, also f'(1) = 4.

Schritt 3. Bilde den Kehrwert: (f^{-1})'(3) = \frac{1}{4}.

Beispiel 2: die Ableitung von \ln x. Hier ist f(x) = e^x, f'(x) = e^x und f^{-1}(x) = \ln x:

\frac{d}{dx}\ln x = \frac{1}{e^{\ln x}} = \frac{1}{x}

Beispiel 3: die Ableitung von \arcsin x. Hier ist f(x) = \sin x auf \left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right], also f'(x) = \cos x:

\frac{d}{dx}\arcsin x = \frac{1}{\cos(\arcsin x)} = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \qquad -1 < x < 1

Im letzten Schritt wird \cos\theta = \sqrt{1 - \sin^2\theta} verwendet, was auf diesem Intervall positiv ist. Siehe Arkussinus.

Beispiel 4: die Ableitung von \arctan x. Mit f(x) = \tan x und f'(x) = \sec^2 x = 1 + \tan^2 x:

\frac{d}{dx}\arctan x = \frac{1}{1 + \tan^2(\arctan x)} = \frac{1}{1 + x^2}

Ableitungen, die die Regel liefert

Funktion f Umkehrfunktion f^{-1} Ableitung der Umkehrfunktion
x^2 für x \ge 0 \sqrt{x} \frac{1}{2\sqrt{x}}
e^x \ln x \frac{1}{x}
\sin x \arcsin x \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}
\cos x \arccos x -\frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}
\tan x \arctan x \frac{1}{1 + x^2}

Häufige Fehler

  1. f' an der falschen Stelle auswerten. (f^{-1})'(b) verwendet f'(a) mit f(a) = b, nicht f'(b). In Beispiel 1 würde f'(3) = 28 das falsche Ergebnis \frac{1}{28} liefern.
  2. f^{-1} mit \frac{1}{f} verwechseln. f^{-1} ist die Umkehrfunktion, nicht der Kehrwert. \sin^{-1}x bedeutet \arcsin x, nicht \csc x.
  3. Stellen mit f' = 0 übersehen. Ist f'(a) = 0, hat die Umkehrfunktion in b eine senkrechte Tangente und ist dort nicht differenzierbar. Bei f(x) = x^3 ist die Umkehrfunktion \sqrt[3]{x} an der Stelle 0 nicht differenzierbar.

Dasselbe Ergebnis erhältst du auch durch implizites Differenzieren: Schreibe x = f(y) und leite beide Seiten ab. Mehr zu \ln x und e^x findest du im Leitfaden zu Ableitungen von Exponential- und Logarithmusfunktionen.

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Häufig gestellte Fragen

Wie lautet die Formel für die Ableitung der Umkehrfunktion?

(f^{-1})'(x) = \frac{1}{f'(f^{-1}(x))}. Gleichwertig: Ist f(a) = b, so gilt (f^{-1})'(b) = \frac{1}{f'(a)}.

Wie bestimmt man die Ableitung der Umkehrfunktion an einer Stelle?

Bestimme die Stelle a mit f(a) = b, berechne f'(a) und bilde den Kehrwert. Die Umkehrfunktion f^{-1} selbst brauchst du nicht.

Warum ist die Ableitung der Umkehrfunktion ein Kehrwert?

Der Graph von f^{-1} ist der an y = x gespiegelte Graph von f. Die Spiegelung vertauscht Höhen- und Breitenunterschied, also wird aus einer Steigung m die Steigung \frac{1}{m}.

Ist die Ableitung von f hoch minus eins dasselbe wie 1 durch f Strich?

Nicht an derselben Stelle. (f^{-1})'(x) ist \frac{1}{f'}, ausgewertet an der Stelle f^{-1}(x), nicht an der Stelle x. Die falsche Stelle zu verwenden ist der häufigste Fehler.

Geschrieben vom PracticeCalculus-Team

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