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Sven Riwoldt
2024-06-29 08:05:31 +02:00
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44
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@@ -0,0 +1,44 @@
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% \fontfamily{#1} \fontseries{#2} \fontshape{#3} \selectfont}
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% %%% Überschriften %%%%
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\begin{document}
%\input{Eingangstest}
\input{Quiz1.tex}
\end{document}

221
Eingangstest.tex Normal file
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@@ -0,0 +1,221 @@
\begin{description}
\item[1. Aufgabe ] Was ist die Ableitung von $x^4-2 x^3+3 x^2-5 x+11$ ?
\mpar{\textcolor{red}{\textbf{Potenzregel:} $f(x)=x^n$\\$f'(x)=nx^{x-1}$}}
\begin{itemize}
\item $x^3-2 x^2+3 x+6$
\item $4 x^3-6 x^2-6 x-5$
\item $\frac{x^5}{5}-\frac{x^4}{2}+x^3-\frac{5 x^2}{2}+11 x+C$, wobei $C$ eine Konstante ist.
\item Keiner von ihnen.
\item $4 x^3-6 x^2+6 x-5$
\item $x^3-2 x^2+3 x-5$
\item $\frac{x^5}{5}-\frac{x^4}{2}+x^3-\frac{5 x^2}{2}+11 x$
\item $4 x^4-6 x^3+6 x^2-5 x+11$
\end{itemize}
\textbf{Lösung:}
$4x^3-6x^2+6x-5$
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=0.75\linewidth]{Grafiken/A1}
\label{fig:a1}
\end{figure}
\newpage
\item[2. Aufgabe] Welche der folgenden Gleichungen gibt die Gleichung eines Kreises mit dem Radius $2$ und dem Mittelpunkt im Punkt $(-1,2)$ an?
\mpar{\textcolor{red}{\textbf{Kreisgleichung:} $(x-x_m)^2+(y-y_m)^2=r^2$}}
\begin{itemize}
\item $(x+1)^2-(y-2)^2=2$
\item $(x-1)^2+(y+2)^2=4$
\item $x^2+\frac{y^2}{2}=4$
\item $x^2+y^2=4$
\item $(x+1)^2+(y-2)^2=4$
\item $(x+1)^2+(y-2)^2=2$
\item $(x-1)^2+(y+2)^2=2$
\end{itemize}
\textbf{Lösung:}
Einsetzen in Kreisgleichung
$(x-(-1))^2+(y-2)^2=4$ somit $(x+1)^2+(y-2)^2=4$
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=0.75\linewidth]{Grafiken/A2}
\caption{}
\label{fig:a2}
\end{figure}
\newpage
\item[3. Aufgabe] Vereinfachen Sie $\left(\frac{-125}{8}\right)^{2/3}$
\begin{itemize}
\item $\frac{15625}{64}$
\item $-\frac{2}{5}$
\item $\frac{2}{5}$
\item $-\frac{5}{2}$
\item $\frac{3}{5}$
\item $\frac{4}{25}$
\item \underline{\underline{$\frac{25}{4}$}}
\end{itemize}
\textbf{Lösung:} Ohne TR
$\left(\frac{-125}{8}\right)^{2/3}=\frac{\sqrt[3]{(-125)^2}}{\sqrt[3]{8^2}}=\frac{\sqrt[3]{15625}}{\sqrt[3]{64}}=\frac{\sqrt[3]{5\cdot 5\cdot 5\cdot 5\cdot 5\cdot 5}}{\sqrt[3]{2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2}}=\frac{\slashed{5}\cdot \slashed{5}\cdot \slashed{5}\cdot \slashed{5}\cdot 5\cdot 5}{\slashed{2}\cdot \slashed{2}\cdot \slashed{2}\cdot \slashed{2}\cdot 2\cdot 2}=\frac{5\cdot 5}{2 \cdot 2}=\frac{25}{4}$
\newpage
\item[4. Aufgabe]Lösen Sie $e^{2-3 x}=125$ für $x$.
\begin{itemize}
\item $\frac{2}{3}+\ln 25$
\item $\frac{2}{3}-\ln 125$
\item $\frac{2}{3}+\ln 125$
\item $\frac{3}{2}+\ln 125$
\item $\frac{2}{3}-\ln 5$
\item $\frac{3}{2}-\ln 5$
\item $\frac{3}{2}+\ln 25$
\item $\frac{3}{2}-\ln 125$
\end{itemize}
\textbf{Lösung:}
\mpar{\textcolor{red}{$\ln e=1$}}
\mpar{\textcolor{red}{$\log_b (x^z) = z \cdot \log_b(x)$}}
\begin{tabular}{rll}
& $e^{2-3 x}=125$ & $\vert{} \ln()$ \\
$\Leftrightarrow$ & $\ln e^{2-3x}=\ln 125$ & $\vert{}$ siehe Regel \\
$\Leftrightarrow$ & $\left(2-3x\right) \cdot \ln e = \ln 125$ & $\vert{}$ siehe Regel \\
$\Leftrightarrow$ & $2-3x=\ln 125$ & $\vert{} -2$\\
$\Leftrightarrow$ & $-3x=\ln 125-2$ &$\vert{} \div(-3)$\\
$\Leftrightarrow$ & $x=\ln 125-2$ &\\
$\Leftrightarrow$ & $x=\frac{2}{3} -\frac{\ln 125}{3}$ &\\
\end{tabular}
\newpage
\item[5. Aufgabe]Bewerten Sie $\int_1^3 \frac{d x}{x^2}$.
\begin{itemize}
\item $-\frac{1}{2}$
\item $-\frac{2}{3}$
\item $-\frac{1}{3}$
\item $-\frac{8}{9}$
\item $\frac{1}{3}$
\item $-\frac{26}{27}$
\item $\frac{2}{3}$
\item $\frac{1}{2}$
\end{itemize}
\textbf{Lösung:}
\mpar{\textcolor{red}{$\int_a^b f(x) d x=[F(x)]_a^b=F(b)-F(a)$}}
\mpar{$\frac{1}{x^{2}}dx=-\frac{1}{x}$}
$\int_1^3 \frac{d x}{x^2}=\int_1^3 \frac{1}{x^2}dx=\left[ -\frac{1}{x}\right]_1^3=-\frac{1}{3}-\left(-\frac{1}{1}\right)=1-\frac{1}{3}=\frac{2}{3}$
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=0.65\linewidth]{Grafiken/A5}
\label{fig:a5}
\end{figure}
\newpage
\item[6. Aufgabe]Es sei $f(x)=x+\sin 2 x$. Finden Sie die Ableitung $f^{\prime}(0)$.
\mpar{Summenregel: $f(x)=g(x)+k(x) \quad \rightarrow \quad f^{\prime}(x)=g^{\prime}(x)+k^{\prime}(x)$}
\mpar{Kettenregel: $\left[u\left(v\left(x\right)\right)\right]^{\prime}=u^{\prime}\left(v\left(x\right)\right)\cdot v^{\prime}\left(x\right)$}
\begin{itemize}
\item $3$
\item $2$
\item $6$
\item $-1$
\item $-3$
\item $0$
\item $-2$
\item $1$
\end{itemize}
\textbf{Lösung:}
$f(x)=x+\sin 2 x \Rightarrow f'(x)=1+2\cdot \cos(2x)$
$f(0)^\prime=1+2\cdot \cos(2\cdot 0)= 1+2\cdot 1=3$
Nebenrechnung wegen Verkettung:
$\left(\sin(2x)\right)^\prime$
\begin{itemize}
\item $u=2x$; $u^\prime = 2$
\item $\left(\sin(u)\right)^\prime = \cos(u)$
\item somit: $\left(\sin(2x)\right)^\prime = 2\cdot \cos(2x)$
\end{itemize}
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=0.65\linewidth]{Grafiken/A6}
\label{fig:a6}
\end{figure}
\newpage
\item[7. Aufgabe]Bewerten Sie $\cos \frac{2 \pi}{3}-\arctan 1$. Seien Sie vorsichtig und prüfen Sie alle Optionen.
\begin{itemize}
\item $\frac{\sqrt{3}-1}{2}$
\item $\frac{1-\pi}{2}$
\item $-\frac{\sqrt{3}+1}{2}$
\item $-\frac{\sqrt{3}+2}{4}$
\item $\frac{\pi+2}{4}$
\item $-\frac{\pi+2}{4}$
\item $\frac{1-\sqrt{3}}{2}$
\item $\frac{\pi-2}{4}$
\end{itemize}
\textbf{Lösung: }
$\cos \frac{2 \pi}{3}=-\frac{1}{2}$
$\arctan 1 = \frac{\pi}{4}$
$-\frac{1}{2}-\frac{\pi}{4}=-\frac{2}{4}-\frac{\pi}{4}=\frac{-2-\pi}{4}=-\frac{\pi+2}{4}$
\newpage
\item[8. Aufgabe]Bewerten Sie $\lim _{x \rightarrow 1} \frac{2 x^2+x-3}{x^2-x}$
\begin{itemize}
\item $\frac{4 x+1}{2 x-1}$
\item $\frac{5}{2}$
\item $0$
\item $-3$
\item $2$
\item $5$
\item $\frac{7}{2}$
\item $\frac{0}{0}$
\end{itemize}
$\lim _{x \rightarrow 1} \frac{2 \cdot1^2+1-3}{1^2-1}=\frac{0}{0}$
daher L'Hospital:
$\lim _{x \rightarrow 1} \frac{2 x^2+x-3}{x^2-x}=\lim _{x \rightarrow 1} \frac{4 x+1}{2x-1}=\frac{5}{1}=5$
\begin{figure}[ht]
\centering
\includegraphics[width=0.7\linewidth]{Grafiken/A8}
\label{fig:a8}
\end{figure}
\end{description}

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84
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@@ -0,0 +1,84 @@
\section*{Aufgabe 1}
Welche der folgenden Intervalle sind im Bereich der Funktion $\sqrt{2 x-x^3}$ enthalten? Wählen Sie alle zutreffenden Antworten aus $\ldots$
\begin{itemize}
\item $\mathbf{[0, \sqrt{2}]}$
\item $[\sqrt{2},+\infty)$
\item $[-\sqrt{2}, 0]$
\item $\mathbf{(-\infty,-\sqrt{2}]}$
\end{itemize}
\subsection*{Bestimmen des Definitionsbereiches}
\begin{flalign*}
f(x) &= \sqrt{2 x-x^3}\\
\sqrt{2 x-x^3} & \geq 0\qquad \vert ^2 \\
2x-x^3 & \geq 0\qquad| x\text{ ausklammern}\\
x\left(2-x^2\right) & \geq 0\\
x_1 & \geq 0\\
2-x^2 & \geq 0 \qquad \vert -2\\
-x^2 & \geq -2 \qquad \vert \div (-1)\\
x^2 & \leq 2 \qquad \vert \sqrt{ }\\
x_2 & \leq \sqrt{2}\\
x_3 & \leq -\sqrt{2}
\end{flalign*}
Damit ergeben sich die folgenden Intervalle:
\begin{itemize}
\item $(-\infty,-\sqrt{2}]$
\item $[0,\sqrt{2}]$
\end{itemize}
\subsection*{Bestimmen der Nullstellen}
\begin{flalign*}
x\left(2-x^2\right) & = 0\\
x_1 &= 0\\
2-x^2 & = 0 \qquad \vert -2\\
-x^2 & = -2 \qquad \vert \div (-1)\\
x^2 & = 2 \qquad \vert \sqrt{ }\\
x_2 & = \sqrt{2}\\
x_3 & = -\sqrt{2}
\end{flalign*}
\vspace{2pt}
\begin{figure}[ht]
\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
domain=-4:3, % Bereich, in dem die Funktion definiert ist
samples=1000, % Anzahl der Abtastpunkte
xlabel={$x$},
ylabel={$y$},
axis lines=middle,
xtick={-4,-3,-1.414, 0, 1, 1.414,3},
xticklabels={-4,-3,-$\sqrt{2}$, 0, 1, $\sqrt{2}$,3},
ytick={0, 1,2,3},
ymin=-0.1, ymax=3.5,
xmin=-4, xmax=3,
legend pos=outer north east,
%grid=both,
%major grid style={line width=.2pt,draw=gray!50},
%minor grid style={line width=.1pt,draw=gray!50},
]
\addplot [
domain=0:1.414,
samples=500,
thick,
red,
] {sqrt(2*x - x^3)};
\addplot [
domain=-4:-1,
samples=500,
thick,
red,
] {sqrt(2*x - x^3)};
\addlegendentry{$\sqrt{2x - x^3}$}
\end{axis}
\end{tikzpicture}
% %\caption{}
\label{fig:q2}
\end{figure}

98
Q1_2.tex Normal file
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@@ -0,0 +1,98 @@
\section*{Aufgabe 2}
Welche der folgenden Intervalle sind im Bereich der Funktion $\frac{x-3}{x^2-4} \ln x$ enthalten? Wählen Sie alle zutreffenden Antworten aus...
\begin{itemize}
\item $(2,+\infty)$
\item $(-\infty,-2)$
\item $(-2,0)$
\item $(0,2)$
\end{itemize}
Untersuchung des Nenners (wann gibt es eine Division durch Null):
\begin{align*}
x^2-4=0 & \qquad \vert{} +4 \\
x^2=4 & \qquad \vert{} \sqrt{\quad} \\
x_1=-2 \\
x_2=2
\end{align*}
Somit sind die Bereiche $(2,+\infty)$ und $(-\infty,-2)$
\textcolor{red}{\textbf{Dies stellt mich aber noch nicht zufrieden, das kann einfach nicht alles sein}}
\textcolor{blue}{\textbf{Hier hatte ich im ersten Versuch den Fehler gemacht, das ich das $\ln x$ übersah}}
\begin{figure}[h]
\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
domain=0.1:4.9, % Bereich, in dem die Funktion definiert ist (z.B. nahe bei 0 und 2 ausgespart)
samples=100, % Anzahl der Abtastpunkte
xlabel={$x$},
ylabel={$f(x)$},
axis lines=middle,
xtick={0, 1, 2, 3, 4},
ytick={-2, -1, 0, 1, 2},
ymin=-2.5, ymax=2.5,
xmin=0, xmax=5,
legend pos=outer north east,
grid=both,
major grid style={line width=.2pt,draw=gray!50},
minor grid style={line width=.1pt,draw=gray!50},
restrict y to domain=-2.5:2.5, % Begrenze y-Werte für bessere Darstellung
]
\addplot [
domain=0.1:1.9999,
samples=500,
thick,
blue
] {(x-3)/(x^2-4) * ln(x)};
\addlegendentry{$\left(\frac{x-3}{x^2-4}\right) \ln(x)$}
\addplot [
domain=2.00001:5,
samples=500,
thick,
blue
] {(x-3)/(x^2-4) * ln(x)};
\end{axis}
\end{tikzpicture}
% \includegraphics[width=0.75\linewidth]{Grafiken/Q1_2.png}
%\caption{Enter Caption}
\label{fig:enter-label}
\end{figure}
Um die Intervalle zu bestimmen, in denen die Funktion $h(x)=\left(\frac{x-3}{x^2-4}\right) \ln (x)$ definiert ist, muss man die Punkte betrachten, an denen die Funktion nicht definiert ist. Diese Punkte sind:
\begin{enumerate}
\item Nullstellen des Nenners $x^2-4$
\item Punkte, an denen der Logarithmus $\ln (x)$ nicht definiert ist (insbesondere $x \leq 0$ )
\end{enumerate}
\subsection{Nullstellen des Nenners}
\begin{flalign*}
x^2-4&=0 \\
x^2&=4 \\
x&= \pm 2
\end{flalign*}
Die Funktion hat also Pole (nicht definierte Punkte) bei $x=2$ und $x=-2$.
2. Definitionsbereich des Logarithmus:
$\ln (x)$ ist nur für $x>0$ definiert.
Zusammenführung der Bedingungen:
- Der Nenner darf nicht null sein: $x \neq 2$ und $x \neq-2$.
- Der Logarithmus ist nur für $x>0$ definiert.
Schlussfolgerung:
Die Funktion $h(x)=\left(\frac{x-3}{x^2-4}\right) \ln (x)$ ist definiert für $x>0$, ausgenommen $x=2$. Somit sind die Intervalle, in denen die Funktion definiert ist:
$$
(0,2) \cup(2, \infty)
$$
Diese Intervalle umfassen alle Werte, für die der Ausdruck sowohl im Nenner als auch im Logarithmus definiert und nicht null ist.

71
Q1_3.tex Normal file
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@@ -0,0 +1,71 @@
\begin{itemize}
\item Was ist der Bereich der Funktion $\arcsin \frac{x-2}{3}$ ?
\begin{itemize}
\item $[-2,3]$
\item \textcolor{red}{$[-1,5]$}
\item $[2-3 \pi, 2+3 \pi]$
\item $[-2,2]$
\item $\mathbb{R}=(-\infty,+\infty)$
\item $\left[\frac{2}{3}, \frac{5}{3}\right]$
\end{itemize}
\end{itemize}
%\begin{figure}[h]
% \centering
% \includegraphics[width=0.5\linewidth]%{Grafiken/A10.png}
%\caption{Enter Caption}
%\label{fig:enter-label}
%\end{figure}
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
domain=-1:5,
samples=500,
axis lines*=middle,
xtick={-1,1,2,3,4,5}, ytick={-1.57,1.57},
yticklabels={$-\pi$/2,$\pi$/2}]
\addplot[color = red] {asin((x-2)/3)/180*pi};
\addlegendentry{$\arcsin\left(\frac{x-2}{3}\right)$}
\end{axis}
\end{tikzpicture}
Um den Wertebereich der Funktion $h(x)=\arcsin \left(\frac{x-2}{3}\right)$ zu bestimmen, müssen wir sicherstellen, dass der Ausdruck $\frac{x-2}{3}$ im Definitionsbereich der Arkussinusfunktion liegt. Die Arkussinusfunktion, $\arcsin (y)$, ist nur für $-1 \leq y \leq 1$ definiert und ihr Wertebereich ist $\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]$
1. Bedingung für den Argumentbereich von arcsin:
$$
-1 \leq \frac{x-2}{3} \leq 1
$$
2. Lösen der Ungleichung:
Multiplizieren wir alle Teile der Ungleichung mit 3:
$$
-3 \leq x-2 \leq 3
$$
Addieren wir 2 zu allen Teilen der Ungleichung:
$$
-1 \leq x \leq 5
$$
Das bedeutet, dass $x$ im Intervall $[-1,5]$ liegen muss, damit der Ausdruck $\frac{x-2}{3}$ im Bereich $[-1,1]$ liegt und arcsin definiert ist.
3. Bestimmung des Wertebereichs:
Nun betrachten wir die Extremwerte des Ausdrucks $\frac{x-2}{3}$ :
- Für $x=-1$ :
$$
\frac{-1-2}{3}=\frac{-3}{3}=-1
$$
- Für $x=5$ :
$$
\frac{5-2}{3}=\frac{3}{3}=1
$$
Die Funktion $\arcsin \left(\frac{x-2}{3}\right)$ nimmt also ihre Extremwerte bei $\arcsin (-1)$ und $\arcsin (1)$ an:
- $\arcsin (-1)=-\frac{\pi}{2}$
- $\arcsin (1)=\frac{\pi}{2}$
Da die Arkussinusfunktion stetig und streng monoton ist, nimmt sie alle Werte zwischen diesen Extremwerten an.
Der Wertebereich der Funktion $h(x)=\arcsin \left(\frac{x-2}{3}\right)$ ist daher:
$$
\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]
$$

128
Quiz1.tex Normal file
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@@ -0,0 +1,128 @@
\chapter{Quiz Woche 1}
%\input{Q1_1}
%\newpage
\input{Q1_2}
\newpage
\input{Q1_3}
\newpage
\begin{itemize}
\item Was ist der Bereich der Funktion $-x^2+1$ ?
\begin{itemize}
\item $(-\infty, 0]$
\item $[1,+\infty)$
\item $[0,1]$
\item $[0,+\infty)$
\item $(-\infty, 1]$
\item $\mathbb{R}=(-\infty,+\infty)$
\end{itemize}
\end{itemize}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.5\linewidth]{Grafiken/A11.png}
%\caption{Enter Caption}
\label{fig:enter-label}
\end{figure}
$-x^2+1$
Nullstellen
$-x^2+1=0$
$-x^2=-1$
$x^2=1$
$x_1=-1$ und $x_2=1$
Muss ich nun den Scheitelpunkt berechnen? \textcolor{red}{Ja}
Hier gibt es verschiedene Wege:
\begin{enumerate}
\item per Differentialrechnung
\begin{itemize}
\item Bilden der ersten Ableitung
$f(x)=-x^2+1 $
$f'(x)=-2x$
\item $x=0$ setzen
$-2x=0$
$x=0$
\item $y$ berechnen, $x$ in $f(x)$ einsetzen
$f(x)=-x^2+1 $
$f(0)=-0^2+1$
$f(0)=1$
\end{itemize}
\item per quadratischer Ergänzung
\end{enumerate}
\newpage
\begin{itemize}
\item Was ist der Bereich der Funktion $\ln \left(1+x^2\right)$ ?
\begin{itemize}
\item $[1,+\infty)$
\item $\mathbb{R}=(-\infty,+\infty)$
\item $(-\infty, 0]$
\item $(-\infty, 1]$
\item $[0,+\infty)$
\item $[-1,+\infty)$
\end{itemize}
\end{itemize}
\begin{figure}[h]
\centering
\includegraphics[width=0.5\linewidth]{Grafiken/A12.png}
%\caption{Enter Caption}
\label{fig:enter-label}
\end{figure}
\newpage
6. Wie groß ist der Bereich der Funktion $\arctan \cos x$ (d.h. die Umkehrung der Tangensfunktion mit dem Parameter $\cos x) ?$
$[0,+\infty)$
$\mathbb{R}=(-\infty,+\infty)$
$[-\pi, \pi]$
$\left[-\frac{\pi}{4}, \frac{\pi}{4}\right]$
$\left[-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right]$
$(-\infty, 0]$
\newpage
7. Wenn $f(x)=4 x^3+1$ und $g(x)=\sqrt{x+3}$, berechnen Sie $(f \circ g)(x)$ und $(g \circ f)(x)$.
$(f \circ g)(x)=(g \circ f)(x)=\left(4 x^3+1\right) \sqrt{x+3}$
$(f \circ g)(x)=(g \circ f)(x)=4 x^3+1+\sqrt{x+3}$
$(f \circ g)(x)=4(x+3)^{3 / 2}+1$ und $(g \circ f)(x)=2 \sqrt{x^3+1}$
$(f \circ g)(x)=2 \sqrt{x^3+1}$ und $(g \circ f)(x)=4(x+3)^{3 / 2}+1$
\newpage
8. Was ist die Umkehrung der Funktion $f(x)=e^{2 x}$ ? Wählen Sie alle, die richtig sind.
Die Exponentialfunktion ist ihre eigene Inverse, also $f^{-1}(x)=e^{2 x}$
$f^{-1}(x)=\log _2 x$
$f^{-1}(x)=\ln x^2$
$f^{-1}(x)=\frac{1}{e^{2 x}}$
$f^{-1}(x)=\frac{1}{2} \ln x$.
$f^{-1}(x)=\ln \sqrt{x}$