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Transzendente Funktionen

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Infinitesimalrechnung
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Zusammenfassung

Es gibt Funktionen, die sich nicht wie die bisher betrachteten aus der Funktion \(\mathop {\text {EINS}}\) mittels rationaler Verfahren aufbauen lassen (Zum Beispiel kann man aus dem Flächeninhalt zwischen dem Graphen der \(\mathop {\text {EINS}}\)-Funktion, \(\mathop {\text {EINS}}(x)=1\), und der x-Achse bei fester unterer Grenze \(a=0\) und verschiebbarer oberer Grenze b die Identitätsfunktion \(\mathop {\text {id}}\), \(\mathop {\text {id}}(x)=x\), als Flächeninhaltsfunktion gewinnen. Auf dieselbe Weise erhält man aus \(\mathop {\text {id}}\) die quadratische Funktion mit \(f(x)=\frac{1}{2}x^{2}\). Rückgängig machen kann man dieses Vorgehen mittels der Steigung der erhaltenen Funktionsgraphen, die in diesen Fällen mit geometrischen Mitteln gefunden werden kann (siehe Beispiele 3.2, 3.3 und 3.4). Diese beiden Verfahren kann man bereits Funktionsintegration bzw. -differentiation nennen. Mit den weiteren rationalen Verfahren Funktionsaddition, -multiplikation und -division sowie der Zahlenmultiplikation können dann sämtliche rationalen Funktionen konstruiert werden), sondern Hilfsmittel aus den Kapiteln Differentialrechnung und Integralrechnung verlangen. Solche Funktionen werden transzendent genannt. In diesem Kapitel werden die Logarithmus- und Exponentialfunktionen sowie die Kreisfunktionen und ihre Umkehrfunktionen behandelt. Eine dieser Funktionen, der natürliche Logarithmus, ist bereits in Abschn.  4.3.2.2 eingeführt worden.

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Notes

  1. 1.

    John Napier (1550 bis 1617), latinisierter Name Neper.

  2. 2.

    lat. Logarithmus = gr. logos arithmos. So bezeichneten die Griechen Potenzen, bei deren Exponenten die Logarithmeneigenschaft auffällig ist.

  3. 3.

    Die Gültigkeit für \(x\in {\mathbb {R}}\) wird in Zusammenhang mit Satz 5.13 begründet.

  4. 4.

    Selbstverständlich bei hyperreell erweiterter Logarithmenfunktion.

  5. 5.

    Der Zweier- oder Dual-Logarithmus wird in der Informatik benutzt.   Lat. logarithmus dualis.

  6. 6.

    Euler selbst bezeichnete e nicht so, sondern sprach von der Exponentialbasis.

  7. 7.

    Das stärkere Steigen von f bedeutet nicht notwendig, dass es einen Schnittpunkt A wie in Abb. 5.4 geben muss. Beispiel: \(\log _{10}(x)\) im Vergleich zu \(\sqrt{x}\).

  8. 8.

    Johann Bernoulli, 1667 bis 1748, Schweizer Mathematiker.

  9. 9.

    Guilleaume Marquis de l’Hospital, 1661 bis 1704, französischer Mathematiker.

  10. 10.

    Man beachte auch den Abschn. 6.1 über Eulers Darstellung zu Exponentialfunktionen.

  11. 11.

    Vgl. Definition 3.10.

  12. 12.

    Zur Erinnerung: Brüche haben ganzzahlige Zähler und natürliche, von null verschiedene Nenner.

  13. 13.

    Der natürliche Logarithmus ist Flächeninhalt von Ebenenstücken unter der gleichseitigen Hyperbel (vgl. am Ende von Abschn. 4.3.2.2).

  14. 14.

    siehe Abschn. 5.4.2.

  15. 15.

    Man könnte auch eine geeignete Lösungsformel für quadratische Gleichungen anwenden.

  16. 16.

    Die ersten fünf Werte \(\sin (x)\) sind so geschrieben, dass man sie sich besonders einfach merken kann.

  17. 17.

    In seinem Aufsatz [1] hat Karl Kuhlemann gezeigt, dass diese Technik der Veranschaulichung für die Klasse der stetig differenzierbaren Funktionen allgemein zu korrekten Resultaten führt.

  18. 18.

    Man vergleiche die Situation beim natürlichen Logarithmus in Abschn. 5.1.

  19. 19.

    lat.: arcus – Bogen.

  20. 20.

    In Abschn. 5.4.5 wurde dieses Integral zur Bestimmung der Bogenlänge auf dem Einheitskreis als Ausgangspunkt für die Kreisfunktionen benutzt.

Literatur

  1. Kuhlemann, K.: Über die Technik der infiniten Vergrößerung und ihre mathematische Rechtfertigung. SieB -Siegener Beiträge zur Geschichte und Philosophie der Mathematik (2018) (eingereicht)

    Google Scholar 

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Baumann, P., Kirski, T. (2019). Transzendente Funktionen. In: Infinitesimalrechnung. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-56792-0_5

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