Math Problem Statement

Leiten Sie die folgende implizite Funktion ab und lösen nach y′(x) auf:

0=4⋅y5⋅ln(3⋅y)+7⋅x⋅ln(2⋅x)

y′(x)=

Solution

Um die implizite Funktion abzuleiten und nach y(x)y'(x) aufzulösen, gehen wir schrittweise vor.

Die implizite Funktion ist: 0=4y5ln(3y)+7xln(2x).0 = 4 \cdot y^5 \cdot \ln(3y) + 7 \cdot x \cdot \ln(2x).

Schritt 1: Ableiten beider Seiten nach xx

Da yy von xx abhängt (y=y(x)y = y(x)), wenden wir die Kettenregel an, wenn yy vorkommt.

Die linke Seite bleibt 0: ddx[0]=0.\frac{d}{dx}[0] = 0.

Die rechte Seite leiten wir auf. Zuerst betrachten wir die Terme getrennt.

(a) Ableitung von 4y5ln(3y)4 \cdot y^5 \cdot \ln(3y):

ddx(4y5ln(3y)).\frac{d}{dx} \left( 4 \cdot y^5 \cdot \ln(3y) \right). Hier wenden wir das Produktregel an, mit den Faktoren 4y54 \cdot y^5 und ln(3y)\ln(3y).

  1. Ableitung von 4y54 \cdot y^5:
    ddx(4y5)=20y4y(x).\frac{d}{dx}(4 \cdot y^5) = 20 \cdot y^4 \cdot y'(x).

  2. Ableitung von ln(3y)\ln(3y):
    ddx(ln(3y))=13y3y(x)=y(x)y.\frac{d}{dx}(\ln(3y)) = \frac{1}{3y} \cdot 3 \cdot y'(x) = \frac{y'(x)}{y}.

Produktregel anwenden: ddx(4y5ln(3y))=4y5y(x)y+20y4ln(3y)y(x).\frac{d}{dx} \left( 4 \cdot y^5 \cdot \ln(3y) \right) = 4 \cdot y^5 \cdot \frac{y'(x)}{y} + 20 \cdot y^4 \cdot \ln(3y) \cdot y'(x).

(b) Ableitung von 7xln(2x)7 \cdot x \cdot \ln(2x):

Hier wenden wir erneut die Produktregel an, mit den Faktoren 7x7x und ln(2x)\ln(2x).

  1. Ableitung von 7x7x:
    ddx(7x)=7.\frac{d}{dx}(7x) = 7.

  2. Ableitung von ln(2x)\ln(2x):
    ddx(ln(2x))=12x2=1x.\frac{d}{dx}(\ln(2x)) = \frac{1}{2x} \cdot 2 = \frac{1}{x}.

Produktregel anwenden: ddx(7xln(2x))=7ln(2x)+7x1x=7ln(2x)+7.\frac{d}{dx} \left( 7 \cdot x \cdot \ln(2x) \right) = 7 \cdot \ln(2x) + 7 \cdot x \cdot \frac{1}{x} = 7 \cdot \ln(2x) + 7.

Schritt 2: Zusammenfassung der Ableitungen

Setzen wir die Ableitungen zusammen: 0=(4y5y(x)y+20y4ln(3y)y(x))+(7ln(2x)+7).0 = \left( 4 \cdot y^5 \cdot \frac{y'(x)}{y} + 20 \cdot y^4 \cdot \ln(3y) \cdot y'(x) \right) + \left( 7 \cdot \ln(2x) + 7 \right).

Schritt 3: y(x)y'(x) isolieren

Fassen wir die Terme mit y(x)y'(x) zusammen: 0=y(x)(4y4+20y4ln(3y))+7ln(2x)+7.0 = y'(x) \left( 4 \cdot y^4 + 20 \cdot y^4 \cdot \ln(3y) \right) + 7 \cdot \ln(2x) + 7.

Rechne weiter: 0=y(x)4y4(1+5ln(3y))+7ln(2x)+7.0 = y'(x) \cdot 4 \cdot y^4 \cdot \left( 1 + 5 \ln(3y) \right) + 7 \cdot \ln(2x) + 7.

Löse nach y(x)y'(x) auf: y(x)=7ln(2x)+74y4(1+5ln(3y)).y'(x) = -\frac{7 \cdot \ln(2x) + 7}{4 \cdot y^4 \cdot \left( 1 + 5 \ln(3y) \right)}.

Endergebnis:

y(x)=7ln(2x)+74y4(1+5ln(3y)).y'(x) = -\frac{7 \cdot \ln(2x) + 7}{4 \cdot y^4 \cdot \left( 1 + 5 \ln(3y) \right)}.

Möchten Sie Details zu den Ableitungsschritten oder eine Visualisierung der Funktion?

Vertiefende Fragen:

  1. Möchten Sie die einzelnen Schritte mit Beispielen genauer erläutert bekommen?
  2. Sollen alternative Ableitungsmethoden betrachtet werden?
  3. Benötigen Sie eine Erläuterung der Produktregel oder Kettenregel?
  4. Interessieren Sie sich für die Bedeutung des Ergebnisses in einem physikalischen Kontext?
  5. Möchten Sie die Funktion graphisch darstellen?

Tipp:

Beim Ableiten impliziter Funktionen hilft es, die Kettenregel konsequent anzuwenden und systematisch Terme zu isolieren.

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Implicit Differentiation
Logarithmic Differentiation
Product Rule
Chain Rule

Formulas

Product Rule: (uv)' = u'v + uv'
Chain Rule: (f(g(x)))' = f'(g(x)) * g'(x)
Logarithmic Derivative: (ln(f(x)))' = f'(x)/f(x)

Theorems

Implicit Function Theorem

Suitable Grade Level

Undergraduate Calculus