Ableitungen

Hallo zusammen!

Bin gerade ein bisschen mit totalen und partiellen Differentialen beschäftigt.

Kann mir bitte jemand sagen, was die geschwungenen del’s bei den partiellen Ableitungen bedeuten und was der Unterschied zu einem geraden d bei einer „normalen“ Ableitung ist?

zb. f(x, y) = x^2 y^2

del f/del x = f_x = 2x y^2

aber df = (del f/del x) dx + (del f/del y) dy.

wobei wieder (del f/del x) die partielle Ableitung der Funktion nach x beschreibt. Und ja, was mich schon lange wundert, wieso kürzt sich eigentlich das (del x) nicht mit dem dx? Eben, was ist der unterschied zwischen den geschwungenen und den geraden d’s?

Besten Dank für ein posting. Das wird mir eine alte Bildungslücke von der „benutze-ich-dauernd-kann-aber-nicht-genau-sagen-
was-ich-da-eigentich-mache“-Sorte schliessen

fröhliche EM!
mahed

Hallo,

del f/del x = f_x = 2x y^2

das ist die partielle Ableitung der Funktion f nach der Variablen x.
Die Variable y wird dabei als konstant angesehen.

aber df = (del f/del x) dx + (del f/del y) dy.

das ist die vollständige Ableitung der Funktion f nach allen Variablen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Totales_Differential

Gruß
Torsten

Hossa :smile:

Ja, das ist gar nicht so einfach zu verstehen, seitdem die Mathematiker darüber hergefallen sind. Betrachtet man partielle und totale Ableitung etwas physikalischer, wird plötzlich vieles klarer.

Bei der partielle Ableitung einer Funktion f(x,y) nach einer ihrer Variablen tut man so, als würde sich nur eine Variable ändern (nämlich die, nach der man ableitet) und hält alle anderen Variablen konstant.

In deinem Beispiel ist f(x,y)= x²y²

Also ist del f/del x= 2xy² und del f/del y= 2x²y

Stell dir nun vor, dass x und y die Position eines Gegenstandes beschreiben. Dann hängt die Funktion f(x,y) von der Position des Gegenstandes ab. Mit Änderung der Position ändert sich der Wert der Funktion f. Andererseits hängt die Position des Gegenstandes von der Zeit t ab, weil beide Ortsvariablen x und y von der Zeit abhängen:

x= x(t) und y= y(t)

Das heisst, x und y können nicht als unabhängig voneinander vorausgesetzt werden. Eine Änderung von x hat im Allgemeinen auch eine Änderung von y zur Folge und umgekehrt. Denke etwa an die Bewegung auf einer Kreisbahn, bei der x und y über die Kreisgleichung x²+y²=r² miteinander verknüpft sind.

Wenn du nun wissen möchtest, wie sich die Funktion f physikalisch real verändert, ist die „totale“ Ableitung gefragt. Also eine Ableitung nach einer Variablen t, von der alle anderen Variablen, x(t) und y(t), abhängen.

df/dt= d f(x(t),y(t)) / dt

Zur Berechnung hast du 2 Möglichkeiten.

  1. Du setzt in die Funktion f die Funktionsgleichungen für x(t) und y(t) ein, so dass f nur noch von t abhängt, f=f(t), und leitest normal nach t ab.

  2. Du nutzt die aus der Mathematik bekannte Regel zur Berechnung totaler Differenziale, um mit Hilfe partieller Ableitungen auf dasselbe Ergebnis zu kommen:

df/dt = del f(x,y)/del x * dx/dt + del f(x,y)/del y * dy/dt

Im Prinzip sind partielle Ableitungen nur eine Hilfe oder ein Zwischenschritt zur Berechnung der totalen Ableitung.

Viele Grüße

Stefan