- •1. ВВЕДЕНИЕ В МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
- •1.1.1. Понятие функции
- •1.1.2. Способы задания функций
- •1.1.4. Классификация функций
- •2.1. Предел функции
- •2.2. Бесконечно большая и ограниченная функции
- •2.3. Бесконечно малые и их основные свойства
- •Теорема 1. Производная постоянной равна 0, т.е. если
- •Правила дифференцирования
- •1.4. Интегрирование с помощью замены переменной
- •4.1. Основные понятия и определения
- •Теорема. Если в уравнении
- •Определение. Общим решением дифференциального уравнения первого порядка называется функция
При этом бесконечно малая есть бесконечно малая низшего порядка, чем бесконечно малая .
Определение 3. Если отношение двух бесконечно малых / стремится к единице, т.е. lim / 1, то бесконечно малые и называются эквива-
лентными бесконечно малыми и пишут .
Пример 2.24. Пусть =х, =ln(1+ х), где х 0. Бесконечно малые и эквивалентны, так как
lim |
|
lim |
ln(1 x) |
lim |
1 |
ln(1 x) lim ln[(1 x)1/ x ]. |
|
|
|
||||
x 0 |
x 0 |
x |
x 0 x |
x 0 |
Так как lim (1 x)1/ x |
e и функция ln z непрерывна при z >0 а, следовательно, |
x 0 |
|
и при z = е, то |
|
lim ln[(1 x)1/ x ] ln lim [(1 x)1/ x ] ln e 1. |
|
x 0 |
x 0 |
Приведем без вывода несколько эквивалентных бесконечно малых, использование которых сильно упрощает вычисление пределов:
х sin x, x tg x, x arcsin x, x arctg x, x e x 1.
3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ФУНКЦИИ ОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ
3.1. Определение производной и ее геометрический смысл
Предел отношения приращения функции y к, вызвавшему это приращение, приращению аргумента x , при x 0 , т.е.
lim |
y |
lim |
f (x0 |
x) f (x0 ) |
(3.1) |
x |
|
x |
|||
x 0 |
x 0 |
|
|
называется производной функции f(x) по независимой переменной x.
Обозначается |
|
|
dy |
|
Операцию нахождения производной назы- |
|
dx . |
||||||
f (x), |
y , |
вают дифференцированием.
Угловой коэффициент касательной, проведенной к кривой у =f (x) в некоторой точке, равен значению производной функции в этой точке. В этом состоит геометрический смысл производной.
3.2. Правила дифференцирования |
|
Теорема 1. Производная постоянной равна 0, т.е. если |
|
y c , где с =const , то |
|
y 0 . |
(3.2) |
13 |
|
Теорема 2. Постоянный множитель можно выносить за знак производ-
ной, т.е. если y cf (x) , где с =const , то |
|
|||||
|
y |
|
|
|
(3.3) |
|
|
|
cf (x) . |
||||
Теорема 3. Производная суммы конечного числа дифференцируемых |
||||||
функций равна сумме производных этих функций, |
т.е. если y u(x) v(x) , |
|||||
то |
|
|
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
|
(3.4) |
|
u (x) v (x) . |
|||||
Теорема 4. Производная |
от |
произведения |
двух дифференцируемых |
функций равна произведению производной первой функции на вторую плюс произведение производной второй функции на первую, т.е. если y u v, то
y u v v u . |
(3.5) |
Теорема 5. Производная частного двух дифференцируемых функций равна дроби, у которой знаменатель равен квадрату знаменателя, а числитель есть разность произведений производной числителя на знаменатель и произ-
водной знаменателя на числитель, т.е. если |
y |
u |
, то |
|||
v |
||||||
|
|
|
|
|
||
y |
u v v u |
. |
|
|
(3.6) |
|
|
|
|
||||
|
v 2 |
|
|
|
3.3. Производная сложной функции
Пусть дана сложная функция у=f(x), т.е. такая, что ее можно представить в следующем виде: y=F(u), u =φ(x) или y=F(φ(x)). В выражении y=F(u) переменную u называют промежуточным аргументом.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Теорема. Если u=φ(x) имеет в некоторой точке x производную ux (x) , |
||||||
а |
функция F(u) имеет при |
соответствующем |
значении u |
производную |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
yu F (u) , то сложная функция y=F(φ(x)) в указанной точке x также имеет |
|||||||
производную, которая равна |
|
|
|
где вместо u |
должно быть |
||
y x Fu |
(u) x (x) , |
подставлено выражение u=φ(x).
3.4. Таблица основных формул дифференцирования
Объединим в одну таблицу все основные формулы и правила дифференцирования.
1. |
y const , |
y' 0 . |
||||||||
2. |
y xn , |
y' nxn 1 . |
||||||||
3. |
y x , |
y' 1 . |
||||||||
|
y |
|
|
|
y' |
|
1 |
|
|
|
|
|
x , |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
4. |
|
|
x . |
|||||||
|
2 |
|
||||||||
5. |
y |
1 |
, |
|
y' |
1 |
. |
|||
|
|
|
||||||||
|
|
x |
|
|
x 2 |
|||||
6. |
y sin x , |
y' cos x . |
14