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Lexikon der Mathematik: Tangente

die eine Funktion an einer Differenzierbarkeitsstelle berührende Gerade.

Ist die auf der Menge D ⊂ ℝ definierte Funktion f : D → ℝ an der Stelle aD differenzierbar, so ist die Tangente Tf, a an f an der Stelle a (bzw. im Punkt (a, f (a)) der Graph der für x ∈ ℝ durch \begin{eqnarray}{\tau}_{f,a}(x)=f(a)+{f}^{\prime}(a)(x-a)\end{eqnarray}

definierten affin-linearen Funktion τf, a : ℝ → R. Die Funktion τf, a hat an der Stelle a den gleichen Funktionswert f (a) und die gleiche Steigung f′ (a) wie f selbst, berührt also f an der Stelle a (Berührung zweier Funktionen). Die Ableitungf′ (a) läßt sich als Grenzwert der Steigungen von Sekanten durch die Punkte (a, f (a)) und (a + h, f (a + h)) für h → 0 betrachten. In diesem Sinn ist die Tangente die ‚Grenzlage‘ von Sekanten an f.

Ist f an der Stelle a nicht differenzierbar, aber uneigentlich differenzierbar (uneigentliche Differenzierbarkeit), so sagt man auch, f habe an der Stelle a eine ‚senkrechte Tangente‘.

Abbildung 1 zum Lexikonartikel Tangente
© Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017
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Für den Steigungswinkel α der Tangente an f an der Stelle a gilt im Fall von Differenzierbarkeit und mit der Vereinbarung tan(±π/2) = ±∞ auch bei uneigentlicher Differenzierbarkeit tan α = f′ (a).

Ein allgemeinerer Ansatz ist es, Tangenten an Kurven zu betrachten. Sei dazu Γ eine durch einen Weg γ : [r, s] → ℝn mit −∞ < r< s< ∞ parametrisierte Kurve. Ist g ∈ (Γ) ein Punkt auf der Kurve und t0 ∈ [r, s] mit g = γ(t0), und ist γ differenzierbar an der Stelle t0 mit γ′ (t0) ≠ 0, so ist die Tangente TΓ, g an Γ im Punkt g der Graph der für t ∈ ℝ durch \begin{eqnarray}{\tau}_{\Gamma,g}(t)=\gamma ({t}_{0})+{\gamma}^{\prime}({t}_{0})(t-{t}_{0})\end{eqnarray}

definierten affin-linearen Funktion τΓ, g : ℝ → ℝn.

Abbildung 2 zum Lexikonartikel Tangente
© Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017
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Dabei hängt zwar τΓ, g, jedoch nicht TΓ, g von der Wahl der Parametrisierung γ von Γ ab, denn γ′ (t0) ist ein Vektor in Tangentenrichtung, genannt Tangentenvektor oder Tangentialvektor, der zwar in der Größe, aber nicht in der Richtung von γ abhängt. Im Fall der Parametrisierung über die Bogenlänge ist er ein Einheitsvektor, genannt Tangenteneinheitsvektor.

  • Die Autoren
- Prof. Dr. Guido Walz

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