Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

5 Дифференциальное исчисление

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
10.05.2015
Размер:
572.79 Кб
Скачать

Дифференциальное

исчисление

Производная функции

Пусть функция f (x) определена в некоторой

окрестности точки x (включая точку x ).

Определение 1.

f (x) lim f (x)

x 0 x

Определение 2.

Касательной прямой l к графику функции

y f (x) в точке xo называется предельное положение секущей Mo M, когда M Mo

Производной функции f (x) называется предел отношения приращения функции к приращению аргумента, когда приращение аргумента стремится к нулю.

y

l

 

 

 

M

M

 

 

 

y f (x)

yo M o

0

xo

х

Производная функции

Геометрический смысл производной.

y f (xo x)

 

 

l

M

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y f (x)

 

M Mo x 0

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tg tg

 

yo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

xo

x

x xo x

 

kсек .

kкас.

 

 

 

0

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Значение производной функции f (x) в точке x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

 

f (x0 ). lim

 

y

kкас.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равно угловому коэффициенту касательной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к графику этой функции в точке M

 

(x , y )

 

 

x 0 x

 

 

 

 

где y f (x )

 

 

 

 

o

o o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производная функции

 

y

 

l

 

N

y f (x)

Уравнение касательной

 

 

 

 

к графику функции.

yo

 

Mo (xo , yo )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kl f (xo )

 

 

y yo f (xo ) (x x0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

0

xo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y f (xo ) f (xo ) (x x0 )

 

y yo k(x xo )

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение 3.

Нормалью к графику функции y f (x) в точке

называется прямая N, проходящая через точку Mo перпендикулярно касательной прямой l

xo

(xo , yo )

Уравнение нормали к графику функции.

k

 

 

1

k

 

 

1

 

N

kl

N

f (xo )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y f (xo )

 

1

(x x0 )

 

 

 

f

(xo )

 

Производная функции

Правила дифференцирования.

Пусть f (x) и g (x)

Тогда

1.( f (x) g(x)) f (x) g (x)

2.( f (x) g(x)) f (x) g(x) f (x)

3.(C f (x)) C f (x)

4.

f (x)

 

f (x) g(x) f (x) g (x)

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

g(x)

 

(g(x))

g (x)

, если g(x) 0

Доказательство 1 правила (для суммы).

1 шаг.

 

( f g) f g

 

2 шаг.

 

( f g)

 

f

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 шаг.

 

x

 

x

 

x

 

 

( f g)

 

 

 

f

 

 

g

lim

lim

lim

 

x

x

x

x 0

 

 

x 0

x 0

то есть

( f (x) g(x)) f (x) g (x)

Производная функции

Таблица производных основных элементарных функций.

1.

(C) 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x) 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

(x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) n x

 

 

 

 

 

 

 

(x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

(a

 

 

 

) a

 

 

ln a

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

(e

x

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) e

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(loga x)

 

 

x ln a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ln x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

(sin x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(arcsinx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(cosx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(tg x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(arccosx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

13.

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

(ctg x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

(arctgx)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(arcctgx)

1 x2

 

 

Производная функции

Производная сложной функции.

Теорема.

1. y(x) – сложная функция, то есть

y f (u) , u (x) y(x) f (((x))

2.(x) в т. х

3.f (u) в т. u , причем

значение u (x)

y (x) f (u) (x)

где u (x)

Доказательство.

1. Возьмем x 0 u y

(предполагаем, что u 0 )

2. y y ux u x

 

lim

y

lim

y

lim

u

 

 

3.

x

 

 

 

 

x 0

x 0

u

x 0

x

 

 

 

 

lim

y

lim

u

(ч.т.д.)

 

 

 

u

x

 

 

 

u 0

x 0

 

Производная функции

Обратная функция.

Определение.

Пусть y f (x) : X Y x ( y) : Y X

Функции y f (x) и x ( y)

называются взаимно обратными,

если

f ( ( y)) y всюду в Y

или

( f (x)) x всюду в X

y

 

y

y f (x)

x ( y)

 

y

y

 

 

 

Y

 

 

 

y f (x)

 

 

 

0

x

X

x ( y)х

 

 

 

 

 

 

Функция x ( y) называется

 

 

 

обратной к y f (x)

Графиками

 

 

Функция y f (x) называется

взаимно обратных

 

 

обратной к x ( y)

функций является

 

 

 

 

 

одна и та же линия.

0

x

х

 

 

Производная функции

Производная обратной функции.

Теорема.

1.y f (x) непрерывная на a,b ;

2.y f (x) монотонная на a,b ;

3. f (x) при x a,b и f (x) 0

Пример.

Вывод формулы :

1.x ( y) обратная

кy f (x) ;

2.x ( y) непрерывная

 

и монотонная ;

3.

( y)

1

 

 

f (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

arcsinx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2

1. y arcsinx x sin y

• 2. x cos y y

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

( y)

1

f (x)

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

f (x)

( y)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

cos y

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2

 

 

 

 

 

• 3. cos y

1 sin 2 y

1 x2

 

 

y

 

cos y 0

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

Производная функции

Функции, заданные параметрически.

Определение 1.

Говорят, что функция задана параметрически,

если задана пара функций

x x(t),

y y(t), t t1,t2 ,

t называется параметром.

Пример.

x t 1,

y t 2 , t ( , )

1.Функция y(x) :

t x 1 y (x 1)2

2.Функция x( y) :

t 0, t y

x y 1 ;

t ,0 t y

y y (x 1)2

1

 

-1 0

x

y

1

 

-1 0

x

x y 1.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]