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Zweite Ableitung von $$$x \sin{\left(x \right)}$$$

Der Rechner bestimmt die zweite Ableitung von $$$x \sin{\left(x \right)}$$$ und zeigt die Schritte an.

Ähnliche Rechner: Ableitungsrechner, Rechner für logarithmische Differentiation

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Bestimme $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(x \sin{\left(x \right)}\right)$$$.

Lösung

Bestimme die erste Ableitung $$$\frac{d}{dx} \left(x \sin{\left(x \right)}\right)$$$

Wende die Produktregel $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)} g{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right) g{\left(x \right)} + f{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$ mit $$$f{\left(x \right)} = x$$$ und $$$g{\left(x \right)} = \sin{\left(x \right)}$$$ an:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x \sin{\left(x \right)}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right) \sin{\left(x \right)} + x \frac{d}{dx} \left(\sin{\left(x \right)}\right)\right)}$$

Die Ableitung des Sinus ist $$$\frac{d}{dx} \left(\sin{\left(x \right)}\right) = \cos{\left(x \right)}$$$:

$$x {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sin{\left(x \right)}\right)\right)} + \sin{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x\right) = x {\color{red}\left(\cos{\left(x \right)}\right)} + \sin{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(x\right)$$

Wenden Sie die Potenzregel $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ mit $$$n = 1$$$ an, mit anderen Worten, $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} = x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)} {\color{red}\left(1\right)}$$

Somit gilt $$$\frac{d}{dx} \left(x \sin{\left(x \right)}\right) = x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)}$$$.

Als Nächstes, $$$\frac{d^{2}}{dx^{2}} \left(x \sin{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)}\right)$$$

Die Ableitung einer Summe/Differenz ist die Summe/Differenz der Ableitungen:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)}\right)\right)} = {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)}\right) + \frac{d}{dx} \left(\sin{\left(x \right)}\right)\right)}$$

Die Ableitung des Sinus ist $$$\frac{d}{dx} \left(\sin{\left(x \right)}\right) = \cos{\left(x \right)}$$$:

$${\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\sin{\left(x \right)}\right)\right)} + \frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)}\right) = {\color{red}\left(\cos{\left(x \right)}\right)} + \frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)}\right)$$

Wende die Produktregel $$$\frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)} g{\left(x \right)}\right) = \frac{d}{dx} \left(f{\left(x \right)}\right) g{\left(x \right)} + f{\left(x \right)} \frac{d}{dx} \left(g{\left(x \right)}\right)$$$ mit $$$f{\left(x \right)} = x$$$ und $$$g{\left(x \right)} = \cos{\left(x \right)}$$$ an:

$$\cos{\left(x \right)} + {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)}\right)\right)} = \cos{\left(x \right)} + {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right) \cos{\left(x \right)} + x \frac{d}{dx} \left(\cos{\left(x \right)}\right)\right)}$$

Wenden Sie die Potenzregel $$$\frac{d}{dx} \left(x^{n}\right) = n x^{n - 1}$$$ mit $$$n = 1$$$ an, mit anderen Worten, $$$\frac{d}{dx} \left(x\right) = 1$$$:

$$x \frac{d}{dx} \left(\cos{\left(x \right)}\right) + \cos{\left(x \right)} {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(x\right)\right)} + \cos{\left(x \right)} = x \frac{d}{dx} \left(\cos{\left(x \right)}\right) + \cos{\left(x \right)} {\color{red}\left(1\right)} + \cos{\left(x \right)}$$

Die Ableitung des Kosinus ist $$$\frac{d}{dx} \left(\cos{\left(x \right)}\right) = - \sin{\left(x \right)}$$$:

$$x {\color{red}\left(\frac{d}{dx} \left(\cos{\left(x \right)}\right)\right)} + 2 \cos{\left(x \right)} = x {\color{red}\left(- \sin{\left(x \right)}\right)} + 2 \cos{\left(x \right)}$$

Somit gilt $$$\frac{d}{dx} \left(x \cos{\left(x \right)} + \sin{\left(x \right)}\right) = - x \sin{\left(x \right)} + 2 \cos{\left(x \right)}$$$.

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

Antwort

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


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