Глава 10. Дифференциальное исчисление функции одной переменной
1 Формулы дифференцирования
| 1. ;
2. ;
3. ;
4. ;
5. ;
6. ;
| 7. ;
8. ;
9. ;
10. ;
11. ;
12. ;
| 13.
14. ;
15. ;
16. ;
17. ;
18. .
| 2 Основные правила дифференцирования
| Пусть функции и дифференцируемы в точке . Тогда:
1. Производная суммы (разности) двух функций равна сумме (разности) производных этих функций:
.
2. Производная произведения двух функций равна:
3. Производная частного двух функций равна:
, если .
| Задача.
Найти производные функций и .
Решение.
Воспользуемся формулой производной частного:
, т.е. .
Аналогичным образом получим формулу
.
| 3 Производная сложной функции
| Пусть и , тогда является сложной функцией переменной , а переменную называют промежуточным аргументом.
Теорема.Если функция имеет в некоторой точке производную , а функция имеет в соответствующей точке производную , то сложная функция в указанной точке также имеет производную, которая находится по формуле
или, коротко,
| Задача.
Найти производную функции .
Решение.
Представим функцию как сложную, введя промежуточный аргумент : , где . Тогда и, следовательно,
.
| 4 Производная обратной функции
| Теорема. Если функция в некоторой точке имеет отличную от нуля производную , то обратная ей функция в соответствующей точке также имеет
производную , равную
| Задача.
Найти производную обратных тригонометрических функций .
Решение.
Пусть . Обратная ей функция имеет вид , где . В интервале имеем . Тогда по правилу дифференцирования обратной функции
,
где перед корнем взят знак +, так как при .
Итак, .
| 5 Производная неявно заданной функции
| Если функция задана неявным уравнением , т.е. не разрешенным относительно , то для нахождения производной надо продифференцировать по обе части этого уравнения, учитывая, что есть функция от , и затем разрешить полученное уравнение относительно .
| Задача.
Найти производную функции , заданную уравнением .
Решение.
Функция задана неявно. Дифференцируя обе части этого тождества по , считая, что есть функция от и, пользуясь правилом дифференцирования сложной функции, получим
| 6 Логарифмическое дифференцирование
| На практике встречаются функции, производные которых находят логарифмическим дифференцированием. К их числу относится так называемая степенно-показательная функция .
Найдем производную, предварительно логарифмируя:
или
| Задача.
.
Решение.
Найдем логарифм данной функции или . Дифференцируя обе части этого равенства, получим
Отсюда
Задача.
.
Решение.
Прологарифмируем данное равенство
Дифференцируя обе части последнего равенства, получим
.
| 7 Производная функции, заданной параметрически
| Если функция аргумента задана параметрическими уравнениями
то производная функции по переменной , т.е. вычисляется по формуле:
.
| Задача.
Решение.
Найдем и . Следовательно .
| 8 Касательная и нормаль к графику функции
| Уравнение прямой, касательной к графику в точке имеет вид
.
Уравнение нормали, т.е. прямой, проходящей через точку перпендикулярно к касательной, имеет вид
.
| Задача.
Составить уравнение касательной и нормали к параболе в точке .
Решение.
Найдем производную функции при . Имеем отсюда .
В результате получим искомые уравнения касательной или и уравнение нормали или .
| 9 Дифференциал функции
| Дифференциал любой дифференцируемой функции равен произведению ее производной на дифференциал независимой переменной.
| Задача.
Найти дифференциал функции .
Решение.
.
| 10 Приближенное вычисление с помощью дифференциала
| Если достаточно мало по абсолютной величине, то с точностью до бесконечно малых более высокого порядка малости, чем , имеет место приближенное равенство:
или
.
| Задача.
Вычислить приближенное значение .
Решение.
Рассмотрим функцию , полагая и применяя формулу
,
получим
.
Ответ. 0,513.
| 11 Производные высших порядков
| Производной го порядка называют производную от производной го порядка. Производную го порядка обозначают или
.
| Задача.
Найти , если .
Решение.
;
.
Ответ. 60.
| 12 Производные высших порядков, заданных параметрически
| Если функция задана параметрически, то производные вычисляются по формулам
| Задача.
Найти , если .
Решение.
.
| 13 Дифференциалы высших порядков
| Дифференциалом го порядканазывается дифференциал от дифференциала го порядка:
или
| Задача.
Найти дифференциалы второго и третьего порядков функции .
Решение.
.
;
.
| 14 Правило Лопиталя
| Пусть функции и дифференцируемы в окрестности точки и при всех из этой окрестности, тогда, если
или
т.е. частное имеет в точке неопределенность типа или , то
при условии, что существует предел отношения производных.
Правило Лопиталя применяется для раскрытия неопределенностей вида и . Но на практике встречаются неопределенности вида , . Эти неопределенности путем элементарных преобразований можно свести к неопределенностям вида или .
| Задача.
Найти .
Решение.
Здесь имеет место неопределенность . Применим правило Лопиталя, т.е. рассмотрим предел отношения производных заданных функций
.
Последний предел дает неопределенность . Снова применим правило Лопиталя и получим
.
Задача.
Найти
Решение.
.
Задача.
Найти
Решение.
.
| | | | | | | | |
15 Теорема Ролля
| Теорема (Ролля).Пусть функция удовлетворяет следующим условиям:
1. непрерывна на отрезке ,
2. дифференцируема в интервале ,
3. на концах отрезка принимает одинаковые значения: .
Тогда внутри отрезка найдется хотя бы одна точка , в которой производная обращается в нуль, т.е. .
Геометрически теорема Ролля означает, что на графике функции найдется хотя бы одна точка, в которой касательная к графику параллельна оси
| Задача.
Выполняется ли теорема Ролля для функции , если , ? При каком значении ?
Решение.
Так как функция непрерывна и дифференцируема при всех значениях и ее значения на концах отрезка равны:
.
, то теорема Ролля на этом отрезке выполняется. Значит с определяется из уравнения
;
;
.
Следовательно,
Ответ. выполняется, .
| 16 Теорема Лагранжа
| Теорема (Лагранжа). Если функция
1. непрерывна на отрезке ,
2. дифференцируема в интервале , то найдется хотя бы одна точка такая, что
.
Теорема Лагранжа имеет простой геометрический смысл. Отношение есть угловой коэффициент секущей , а угловой коэффициент касательной к кривой в точке с абсциссой .
| Задача. Проверить справедливость теоремы Лагранжа для функции на отрезке .
Решение.
Функция определена при всех значениях , а следовательно и на отрезке . Функция дифференцируема на интервале .
Найдем точку с, для которой выполняется равенство , где .
,
,
. Откуда , причем .
| 17 Теорема Коши
| Теорема (Коши). Если функции и
1. непрерывны на отрезке ,
2. дифференцируемы в интервале , причем для всех , то найдется хотя бы одна точка такая, что
| 18 Теорема Ферма
| Теорема (Ферма). Пусть функция определена на интервале и в некоторой точке этого интервала принимает наибольшее или наименьшее значение. Тогда, если в точке существует производная, то она равна 0, то есть .
| 19 Интервалы монотонности
| Теорема (достаточные условия). Если функция дифференцируема в интервале и для , то эта функция возрастает (убывает) в интервале .
| Задача.
Определить интервалы монотонности функции .
Решение. Найдем . Функция возрастает для всех значений , для которых . Решая неравенство , получим .
Аналогично, решая неравенство , получим .
Следовательно, функция возрастает в промежутках и и убывает в интервале .
| 20 Экстремум функции
| Точки, в которых производная равна нулю или не существует, называются критическими точками функции. Если дифференцируемая функция y=f(x) в точке имеет экстремум, то ее производная в этой точке равна нулю, то есть (необходимое условие экстремума функции)
Теорема (достаточное условие экстремума).
непрерывна в некотором интервале содержащем критическую точку . Если функция дифференцируема в некоторой окрестности критической точки (кроме, быть может, самой точки ) и при переходе аргумента через нее слева направо производная меняет знак с плюса на минус, то точка максимума; если меняет знак с минуса на плюс, то точка минимума.
| Задача.
Найти экстремумы функции .
Решение.
Очевидно, что . Находим . Определим критические точки: . Эти критические точки разбивают всю область определения функции на интервалы и . Полученные результаты удобно представить в виде следующей таблицы:
Из таблицы видно, что в точке нет экстремума, а точка минимума. Минимум этой функции равен .
| | | | | |
21 Нахождение наибольшего и наименьшего значения функции
| Для нахождения наибольшего и наименьшего значений функции на отрезке необходимо:
1. найти критические точки на ;
2. вычислить значения функции в найденных критических точках и в точках , ;
3. из этих значений выбрать наибольшее и наименьшее.
| Задача.
Найти наибольшее и наименьшее значения функции на
Решение.
Находим критические точки:
, , , , , , , .
Наибольшее значение функции при равно 3.
Наименьшее значение функции при равно -8.
| 22 Вертикальная асимптота
| Прямая называется вертикальной асимптотой графикафункции , если хотя бы один из односторонних пределов функции в этой точке равен бесконечности, то есть или .
| Задача.
Кривая имеет вертикальную асимптоту , так как и .
| 23 Горизонтальная асимптота
| Прямая называется горизонтальной асимптотой графикафункции при (или ), если .
| Задача.
Прямая является горизонтальной асимптотой кривой , так как .
| 24 Наклонная асимптота
| Прямая y = kx + b – асимптота кривой. Для точного определения этой прямой необходимо найти способ вычисления коэффициентов k и b.
;
| Задача.
Найти асимптоты и построить график функции .
1) Вертикальные асимптоты: y®+¥ x®0-0: y®-¥ x®0+0, следовательно, х = 0- вертикальная асимптота.
2) Наклонные асимптоты:
Таким образом, прямая у = х + 2 является наклонной асимптотой.
Построим график функции:
| 25 Мера плоского множества
| Мера множества, математическое понятие, обобщающее понятия длины отрезка, площади плоской фигуры и объёма тела на множества более общей природы. В качестве примера можно привести определение меры Лебега (введённой А. Лебегом в 1902) для ограниченных множеств, лежащих на плоскости. При определении меры Лебега, так же как и при определении площади плоских фигур в геометрии, исходят из сравнения части плоскости, занимаемой множеством, с выбранной единицей измерения.
| Задача.
Мера множества, изображенного на рисунке, равна…
Решение.
Мерой данного множества будет площадь четверти круга, следовательно, если площадь круга , то площадь четверти круга .
Ответ. .
Задача.
Мера плоского множества, изображенного на рисунке,
равна…
Решение.
Площадь заштрихованного треугольника и будет мера данного множества, следовательно, используя геометрический смысл определенного интеграла для нахождения площади, получим: .
Ответ. 1
| | | | | |
Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...
|
Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...
|
Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...
|
Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...
|
Понятие метода в психологии. Классификация методов психологии и их характеристика Метод – это путь, способ познания, посредством которого познается предмет науки (С...
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ФОРМЫ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ К лекарственным формам для инъекций относятся водные, спиртовые и масляные растворы, суспензии, эмульсии, новогаленовые препараты, жидкие органопрепараты и жидкие экстракты, а также порошки и таблетки для имплантации...
Тема 5. Организационная структура управления гостиницей 1. Виды организационно – управленческих структур. 2. Организационно – управленческая структура современного ТГК...
|
Общая и профессиональная культура педагога: сущность, специфика, взаимосвязь Педагогическая культура- часть общечеловеческих культуры, в которой запечатлил духовные и материальные ценности образования и воспитания, осуществляя образовательно-воспитательный процесс...
Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...
Ведение учета результатов боевой подготовки в роте и во взводе Содержание журнала учета боевой подготовки во взводе. Учет результатов боевой подготовки - есть отражение количественных и качественных показателей выполнения планов подготовки соединений...
|
|