Durch Differenzieren wird aus einer Ortsfunktion ihre Geschwindigkeit . Die kehrt diesen Vorgang um. Aus bestimmen wir alle Ortsfunktionen, deren Ableitung ist. Erst eine Anfangsposition legt eine bestimmte Ortsfunktion fest.
Gesucht sind Funktionen mit der Ableitung 4x. Die Tabelle vergleicht vier Möglichkeiten. Du erkennst, dass verschiedene Konstanten dieselbe Ableitung ergeben.
Funktion F(x)
Ableitung f(x)=F′(x)
F(x)=2x2+1
f(x)=4x
Alle vier Funktionen F(x) haben dieselbe Ableitung f(x)=4x. Der Grund: Die Ableitung einer Konstanten wie 1, 5 oder −10 ist null.
Die Ableitung enthält die Konstante der ursprünglichen Funktion nicht mehr. Deshalb lässt sich aus ihr nicht erkennen, ob diese Konstante 1, 5, −1000 oder einen anderen Wert hatte. Das Symbol C steht für alle möglichen Werte. Das unbestimmte Integral umfasst somit alle Stammfunktionen, die sich nur durch ihre Konstante unterscheiden.
Die Aussage über eine konstante Differenz gilt auf einem Intervall, auf dem die Stammfunktionen definiert sind. Bei diesen Polynomen kann das Intervall alle reellen Zahlen umfassen.
Die drei Parabeln stellen 2x2, 2x2+1 und 2x2+5 dar. Bei demselben Wert von x haben die Kurven unterschiedliche Höhen, aber gleiche Tangentensteigungen. Verschiebe oder drehe die Ansicht und vergleiche die Form der Kurven.
Stammfunktionen mit verschiedenen Konstanten
Die violette Kurve hat die Konstante null, die orange Kurve eins und die türkise Kurve fünf.
Eine Änderung der Konstanten bewirkt eine vertikale Verschiebung. Bei x=1 sind die Funktionswerte zum Beispiel 2, 3 und 7. Alle drei Ableitungen haben dort den Wert 4.
Die folgende Schreibweise zeigt Integrand, Integrationsvariable, Stammfunktion und Integrationskonstante:
∫f(x)dx=F(x)+C
Jeder Teil hat eine bestimmte Aufgabe:
∫ ist das Integralsymbol. Seine Form geht auf ein verlängertes S für das lateinische Wort summa zurück, das Summe bedeutet.
f(x) ist die Funktion, die wir integrieren werden, genannt Integrand.
dx heißt Differential von x. Dies ist ein entscheidender Teil, der anzeigt, dass wir in Bezug auf die Variable x integrieren. Ohne sie ist der Integralausdruck unvollständig.
F(x)+C ist das unbestimmte Integral von f(x). Dies ist unsere Antwort, wobei F(x) die Stammfunktion und C die ist.
Zwischen Stammfunktion und unbestimmtem Integral gilt:
dxd[F(x)]=f(x)⟺∫f(x)dx=F(x)+C
Wenn F(x) die Ableitung f(x) hat, dann umfasst das unbestimmte Integral von f(x) alle Funktionen der Form F(x)+C.
Es gelte F′(x)=4x und F(1)=7. Die allgemeine Stammfunktion lautet F(x)=2x2+C. Der bekannte Funktionswert legt die Konstante fest:
F(1)2+CC=2(1)2+C=7=7=5
Damit ist F(x)=2x2+5. Prüfe beide Bedingungen: Die Ableitung von 2x2+5 ist 4x, und F(1)=2+5=7. Ein Funktionswert wählt genau eine der Stammfunktionen auf demselben Intervall aus.