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4.7 Wichtige Funktionen ​

1. Exponentialfunktion ​

Die Exponentialfunktion ex kann man über die Potenzreihen-Summe definieren:

ex:=∑n=0∞xnn!.
  • Sie ist stetig und sogar analytisch (beliebig oft differenzierbar).
  • Speziell: e0=1, e1=e≈2,71828…

2. Natürlicher Logarithmus ​

Der natürliche Logarithmus ln⁡(x) ist die Umkehrfunktion von ex, definiert für x>0.

Zentrale Eigenschaften:

  1. ln⁡(1)=0
  2. Monotonie: ln⁡(x) ist streng monoton wachsend auf (0,∞).
  3. Additive Eigenschaft:ln⁡(ab)=ln⁡(a)+ln⁡(b).

3. Allgemeine Potenzen ​

Für a>0 und x∈R definiert man:

ax:=exln⁡(a).
  • Wenn a=e, so entspricht das ex.
  • Ist a>1, so ist x↦ax streng monoton wachsend und stetig.
  • Ist 0<a<1, so ist x↦ax streng monoton fallend und ebenfalls stetig.

4. Rechenregeln für Potenzen ​

Für a>0 und x,y∈R gelten die drei zentralen Exponentialgesetze:

  1. Addition im Exponenten:ax+y=ax⋅ay.
  2. Multiplikation im Exponenten:(ax)y=ax⋅y.
  3. Produkt-Basis:ax⋅bx=(ab)x(für a,b>0).

Diese Regeln folgen direkt aus der Definition ax=exln⁡(a) und den Logarithmus-Eigenschaften.

Fazit:

  • Die Exponential- und Logarithmusfunktion bilden die Grundlage für zahlreiche Anwendungen, etwa Wachstumsprozesse und Skalierungen.
  • Beide Funktionen sind stetig, streng monoton (je nach Basis a>1 oder 0<a<1) und weisen wichtige Verknüpfungseigenschaften (Rechenregeln) auf.