Wie zeige ich Differenzierbarkeit?

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Glatte Kurve mit Tangente in einem Punkt und mehreren Sekanten, die sich mit schrumpfendem Abstand der Tangente nähern
Die Ableitung als Grenzwert der Sekantensteigungen.

Weil das Thema so wichtig ist und man es doch recht leicht vergisst:

Sei $I \subseteq \mathbb{R}$ ein Intervall und $f:I \rightarrow \mathbb{R}$ eine Funktion.
  1. $f$ heißt in $x_0 \in I$ differenzierbar $\displaystyle :\Leftrightarrow \lim_{x \rightarrow x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x-x_0}$ existiert und ist in $\mathbb{R}$.
    In diesem Fall heißt $\displaystyle f'(x_0) = \lim_{x \rightarrow x_0} \frac{f(x) - f(x_0)}{x-x_0}$ die Ableitung von $f$ in $x_0$.
  2. $f$ heißt auf $I$ differenzierbar $:\Leftrightarrow \forall x \in I: f \text{ ist in } x$ differenzierbar.
    In diesem Fall wird durch $x \mapsto f'(x)$ eine Funktion $f':I \rightarrow \mathbb{R}$ definiert, die Ableitung von $f$ auf $I$.

Und wie zeigt man die Existenz dieses Grenzwertes? Das ist eine andere Frage :-P Man sollte sich vielleicht nochmal den Artikel Konvergenz von Folgen bzw. Konvergenz von Reihen anschauen.

Ach ja, man kann auch zeigen, dass \(\displaystyle \lim_{h \rightarrow 0} \frac{f(x_0+h)-f(x_0)}{h}\) existiert und in \(\mathbb{R}\) ist. Das ist äquivalent.