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Zeile 74: − Hierdurch kann man durch Umstellen einen Ausdruck für die Funktion f(x) in Abhängigkeit von sk<sub>f</sub> ermitteln. Setzt man nun in den Ansatz der Produktregel für die beiden Funktionen f(x) und g(x) diese Ausdrücke ein, so ergibt sich die Produktregel auf natürliche Weise nachdem der Grenzübergang vollzogen wurde. Auf diese Weise umgeht man erneut das Problem der Nullergänzung und auch die Stetigkeit muss hier nicht extra Erwähnung finden. Der Beweis der [Quotientenregel] kann auf analoge Weise durchgeführt werden. +
→Zugänge
== Zugänge ==
== Zugänge ==
Die Produktregel der Differentiation wird in der Regel im Analysisunterricht der Oberstufe eingeführt. Dem vorausgehend sind zunächst elementare Kenntnisse über den Grenzwert von Funktionen zu vermitteln. Ebenso wird zunächst der Differenzenquotient im unterricht vorgestellt, mit dessen Hilfe sich die ersten Ableitungsregel wie die Summen- und Faktorregel beweisen lassen. Diese beiden Regeln erscheinen den Schülern dabei natürlich und sind mit ihren Erwartungen konform.
Die Produktregel der Differentiation wird in der Regel im Analysisunterricht der Oberstufe eingeführt. Dem vorausgehend sind zunächst elementare Kenntnisse über den Grenzwert von Funktionen zu vermitteln. Ebenso wird zunächst der Differenzenquotient im Unterricht vorgestellt, mit dessen Hilfe sich die ersten Ableitungsregeln wie die Summen- und Faktorregel beweisen lassen. Diese beiden Regeln erscheinen den Schülern dabei natürlich und sind mit ihren Erwartungen konform.
Die Einführung der Produktregel stellt nun jedoch eine Herausforderung dar, da sich die zunächst angenommene Formel (f*g)'=f'*g' als falsch erweist. Eher unproblematisch ist hingegen die Aussage, dass das Produkt differenzierbar ist, da dies bereits von der Konvergenz her bekannt ist.<ref name="Rüthing" /> Nun muss allerdings zunächst eine entsprechende Regel gefunden werden und dere Gültigkeit bewiesen werden. Für die konkrete Einführung der Produktregel sind nun verschiedene Methoden möglich, die sich in ihrem Schwierigkeitsgrad und ihrer Herangehensweise unterscheiden.
Die Einführung der Produktregel stellt nun jedoch eine Herausforderung dar, da sich die zunächst angenommene Formel (f*g)'=f'*g' als falsch erweist. Eher unproblematisch ist hingegen die Aussage, dass das Produkt differenzierbar ist, da dies bereits von der Konvergenz her bekannt ist.<ref name="Rüthing" /> Nun muss allerdings zunächst eine entsprechende Regel gefunden werden und deren Gültigkeit bewiesen werden. Für die konkrete Einführung der Produktregel sind nun verschiedene Methoden möglich, die sich in ihrem Schwierigkeitsgrad und ihrer Herangehensweise unterscheiden.
=== Elementarer Beweis ===
=== Elementarer Beweis ===
Als elementarster Beweis der Produktregel dient eine Abschätzung des Differentialquotienten im Sinne des Konvergenzbegriffes von Cauchy unter Verwendung der ε-δ-Konvergenz.<ref name="Rüthing" /> Dieser Ansatz verfolgt jedoch einen sehr hohen formellen Grad und ist daher für die Schülererarbeitung eher ungeeignet. Im Laufe des Beweises erfolgt eine Nullergänzung, die für die Vorstellung der Schüler nicht zu motivieren ist und daher nur schwer angenommen wird. Weiterhin ist die Stetigkeit der Funktionen bereits in der Einführung der Nullergänzung zu berücksichtigen, was eher zu komplex ist.
Als elementarster Beweis der Produktregel dient eine Abschätzung des Differentialquotienten im Sinne des Konvergenzbegriffes von Cauchy unter Verwendung der ε-δ-Konvergenz.<ref name="Rüthing" /> Dieser Ansatz verfolgt jedoch einen sehr hohen formellen Grad und ist daher für die Schülererarbeitung eher ungeeignet. Im Laufe des Beweises erfolgt eine Nullergänzung, deren Motivation für die Schüler schwer
nachvollziehbar ist. Weiterhin ist die Stetigkeit der Funktionen bereits in der Einführung der Nullergänzung zu berücksichtigen, was ebenfalls zu Verständnisproblemen führen kann.
=== Die Nullergänzung ===
=== Die Nullergänzung ===
Die möglichen falschen Schülervorstellungen über die Regel bei der Differentiation von Produkten lassen sich bei der Herleitung positiv nutzen.<ref >[[Hans-Jochem Mertens|Mertens, H.-J.]]: Ein genetischer Zugang zur Produktregel. In: Praxis der Mathematik 23 (1981), H.5, S. 151-152 </ref>. Daher bedarf sie einer besonderen Einführung im Unterricht, der auf verschiedene Weisen erfolgen kann. Geht man zunächst von der falschen Behauptung (f*g)'=f'*g' aus und betrachtet den Differenzenquotienten, so ergibt sich beim Aufspalten und Ausmultiplizieren des Produktes genau die Terme, die als überflüssig gelten und somit Bestandteil der Nullergänzung sind. Somit kann von einer falschen Aussage darauf geschlossen werden, wie der Term zu verändern ist, damit er das richtige Ergebnis liefert. Die Diskrepanzen zwischen Schülervorstellung und tatsächlichem Ergebnis können als Möglichkeit der Herleitung der Nullergänzung dienen
Die möglichen falschen Schülervorstellungen über die Regel bei der Differentiation von Produkten lassen sich bei der Herleitung positiv nutzen.<ref >[[Hans-Jochem Mertens|Mertens, H.-J.]]: Ein genetischer Zugang zur Produktregel. In: Praxis der Mathematik 23 (1981), H.5, S. 151-152 </ref>. Geht man zunächst von der falschen Behauptung (f*g)'=f'*g' aus und betrachtet den Differenzenquotienten, so ergeben sich beim Aufspalten und Ausmultiplizieren des Produktes genau die Terme, die als überflüssig gelten und somit Bestandteil der Nullergänzung sind. Somit kann von einer falschen Aussage darauf geschlossen werden, wie der Term zu verändern ist, damit er das richtige Ergebnis liefert. Die Diskrepanzen zwischen Schülervorstellung und tatsächlichem Ergebnis können als Möglichkeit der Herleitung der Nullergänzung dienen.
Das Problem der Nullergänzung umgeht man indessen, wenn man von der entsprechenden Regel ausgehend auf den Differenzenquotienten zurückschließt.<ref name="Rüthing" /> Hier wandelt sich die Nullergänzung zu einer gewöhnlichen Nullauflösung, die für die Schüler nicht schwer zu durchschauen ist. Die Notierungs- und Denkrichtung liegen hier im Einklang, so dass dieser Beweis didaktisch ebenso vorteilhafter ist, als die in Beweismöglichkeit 1 skizzierte Vorgehensweise. Zu beachten ist hier jedoch, dass ebenso die Stetigkeit der Funktionen bei den Grenzübergängen berücksichtigt werden muss. Das grundlegende Problem der Regelfindung wird durch diesen Beweis jedoch nicht gelöst.
Das Problem der Nullergänzung umgeht man indessen, wenn man von der entsprechenden Regel ausgehend auf den Differenzenquotienten zurückschließt.<ref name="Rüthing" /> Hier wandelt sich die Nullergänzung zu einer gewöhnlichen Nullauflösung, die für die Schüler nicht schwer zu durchschauen ist. Die Notierungs- und Denkrichtung liegen hier im Einklang, so dass dieser Beweis didaktisch vorteilhafter ist, als die in Beweismöglichkeit 1 skizzierte Vorgehensweise. Zu beachten ist hier jedoch, dass ebenso die Stetigkeit der Funktionen bei den Grenzübergängen berücksichtigt werden muss. Das grundlegende Problem der Regelfindung wird durch diesen Beweis nicht gelöst.
=== Beweis mit Hilfe des Spezialfalls f=g ===
=== Beweis mit Hilfe des Spezialfalls f=g ===
Eine weitere von Rüthing vorgestellte Beweisidee sieht zunächst den Zwischenschritt des Beweises des Spezialfalles der Prudktregel für f=g vor.<ref name="Rüthing" /> Hat man vorher die zweite Potenzfunktion eingeführt, kann hier in einer Analogie die Regel formuliert werden:
Eine weitere von Rüthing vorgestellte Beweisidee sieht zunächst den Zwischenschritt des Beweises des Spezialfalles der Produktregel für f=g vor.<ref name="Rüthing" /> Hat man vorher die zweite Potenzfunktion eingeführt, kann hier in einer Analogie die Regel formuliert werden:
(f*f)'=2*f'*f
(f*f)'=2*f'*f
Der Beweis des Spezialfalls kann dann folgendermaßen erfolgen:<br />
Der Beweis des Spezialfalls kann dann folgendermaßen erfolgen:<br />
Die Idee dieses Beweises baut darauf auf, dass die Ableitung als Grenzwert der Sekantenanstiegsfunktion bzw. Differenzenquotientenfunktion aufgefasst wird. Das Ausnutzen der Sekante bietet sich hierbei an, da es ein hohes Maß an bildlicher Vorstellung ermöglicht. Als Voraussetzung ist es ebenso nötig eine Bezeichnung für die Sekantenanstiegsfunktion einzuführen, wie z.B.:
Die Idee dieses Beweises baut darauf auf, dass die Ableitung als Grenzwert der Sekantenanstiegsfunktion bzw. Differenzenquotientenfunktion aufgefasst wird. Das Ausnutzen der Sekante bietet sich hierbei an, da es ein hohes Maß an bildlicher Vorstellung ermöglicht. Als Voraussetzung ist es ebenso nötig eine Bezeichnung für die Sekantenanstiegsfunktion einzuführen, wie z.B.:
sk<sub>f</sub>=(f(x)-f(a))/(x-a).
sk<sub>f</sub>=(f(x)-f(a))/(x-a).
Hiermit kann man durch Umstellen einen Ausdruck für die Funktion f(x) in Abhängigkeit von sk<sub>f</sub> ermitteln. Setzt man nun in den Ansatz der Produktregel für die beiden Funktionen f(x) und g(x) diese Ausdrücke ein, so ergibt sich die Produktregel auf natürliche Weise, nachdem der Grenzübergang vollzogen wurde. Auf diese Weise umgeht man erneut das Problem der Nullergänzung und auch die Stetigkeit muss hier keine Erwähnung finden. Der Beweis der [Quotientenregel] kann auf analoge Weise durchgeführt werden.
== Literatur ==
== Literatur ==