Die Schreibweise der partiellen Ableitung Die mathematische Schreibweise für die partielle Ableitung 1. Ordnung sieht so aus für eine Ableitung nach x: und so für eine Ableitung nach y: Um die partielle Ableitung 2. Ordnung mathematisch zu kennzeichnen, benutzt man folgende Ausdrücke: Mit höheren Ableitungen wie der partiellen Ableitung 3. oder 4. Ordnung kann diese Schreibweise weitergeführt werden. Die partielle Ableitung – Alles Wichtige auf einen Blick Bei einer partiellen Ableitung leitet man nur eine Variable einer Funktion mit mehreren Variablen ab. Bei der partiellen Ableitung wird nach einer beliebigen Variable abgeleitet (zum Beispiel x oder y). Je nachdem wie oft eine Funktion partiell abgeleitet wird, erhält man die partielle Ableitung 1., 2., 3., usw. Die partielle Ableitung 1. Ordnung wird mathematisch wie folgt ausgedrückt:
Die zweiten partiellen Ableitungen lassen sich in einer Matrix anordnen, der Hesse-Matrix Es gilt die Taylorformel: Wenn die Funktion -mal stetig partiell differenzierbar ist, so lässt sie sich in der Nähe jedes Punktes durch ihre Taylor-Polynome approximieren: mit, wobei das Restglied für von höherer als -ter Ordnung verschwindet, das heißt: Die Terme zu gegebenem ν ergeben die "Taylorapproximation -ter Ordnung". Einfache Extremwertprobleme findet man in der Analysis bei der Berechnung von Maxima und Minima einer Funktion einer reellen Variablen (vgl. hierzu den Artikel über Differentialrechnung). Die Verallgemeinerung des Differentialquotienten auf Funktionen mehrerer Variablen (Veränderlichen, Parameter) ermöglicht die Bestimmung ihrer Extremwerte, und für die Berechnung werden partielle Ableitungen benötigt. In der Differentialgeometrie benötigt man partielle Ableitungen zur Bestimmung eines totalen Differentials. Anwendungen für totale Differentiale findet man in großem Maße in der Thermodynamik.
f f ist in E ⊆ D ( f) E\subseteq D(f) stetig differenzierbar, wenn sie in jedem Punkt x ∈ E x\in E stetig differenzierbar ist. Die partiellen Ableitungen entsprechen in dem Sinne den gewöhnlichen Ableitungen, dass nur eine Koordinate variiert wird und die anderen jeweils festgehalten werden. Daher kann man alle Differentiationsregeln auf partielle Ableitungen übertragen. Man wendet diese auf die Variable an, nach der differenziert wird und behandelt alle anderen Variablen als Konstanten. Beispiele f ( x 1, x 2, x 3) = x 1 + e x 2 + sin ( x 3) f(x_1, x_2, x_3)=x_1+\e^{x_2}+\sin(x_3) ∂ f ∂ x 1 = 1 \dfrac {\partial f} {\partial x_1}=1 Der Exponential- und Sinusausdruck verschwinden, da sie nicht von x 1 x_1 abhängen. ∂ f ∂ x 2 = e x 2 \dfrac {\partial f} {\partial x_2}=\e^{x_2} und ∂ f ∂ x 3 = cos ( x 3) \dfrac {\partial f} {\partial x_3}=\cos(x_3) f ( x 1, x 2) = x 1 ⋅ x 2 2 f(x_1, x_2)=x_1\cdot x_2^2 ∂ f ∂ x 1 = x 2 2 \dfrac {\partial f} {\partial x_1}=x_2^2 und ∂ f ∂ x 2 = 2 ⋅ x 1 ⋅ x 2 \dfrac {\partial f} {\partial x_2}=2\cdot x_1\cdot x_2.
Partielle Ableitungen sind darüber hinaus ein wesentlicher Bestandteil der Vektoranalysis. Sie bilden die Komponenten des Gradienten, des Laplace-Operators, der Divergenz und der Rotation in Skalar- und Vektorfeldern. Sie treten auch in der Jacobi-Matrix auf. Beispiele [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Beispiel 1 [ Bearbeiten | Quelltext bearbeiten] Als Beispiel wird die Funktion mit betrachtet, die von den beiden Variablen und abhängt. Betrachtet man als eine Konstante, z. B., so hängt die Funktion mit nur noch von der Variablen ab: Für die neue Funktion gilt folglich und man kann den Differenzialquotienten bilden Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn man die partielle Ableitung der Funktion nach bildet: Die partielle Ableitung von nach lautet entsprechend: Dieses Beispiel demonstriert, wie die partielle Ableitung einer Funktion bestimmt wird, die von mehreren Variablen abhängt: Bis auf eine Variable werden alle anderen Variablen als konstant angenommen, bezüglich dieser einen Variablen wird der Differenzialquotient bestimmt.
Merke Hier klicken zum Ausklappen Da bei der partiellen Ableitung nach $\ x$ die Therme ohne $\ x$ als Konstanten gelten, fallen sie beim Ableiten einfach direkt weg (sofern diese kein $x$ beinhalten). Gleiches gilt im umgekehrten Fall. Video wird geladen... Falls das Video nach kurzer Zeit nicht angezeigt wird: Anleitung zur Videoanzeige
In Analogie zu f ' ( x) = d f ( x) d x schreibt man für f x ( x, y) bzw. f y ( x, y) auch f x ( x, y) = ∂ f ( x, y) ∂ x b z w. f y ( x, y) = ∂ f ( x, y) ∂ y und spricht von der partiellen Ableitung von f nach x bzw. von f nach y. Für die Bildung der partiellen Ableitungen erster Ordnung lassen sich sämtliche Ableitungsregeln einer Funktion mit einer unabhängigen Variablen übertragen, wenn man jeweils beachtet, welche Variable im betreffenden Zusammenhang die unabhängige ist.