5.3. Похідні вищих порядків

Хай ми знайшли від функції у = f(х) її похідну у′ = f ′(х). Похідна від цієї похідної і називається похідною другого порядку від функції f(х) і позначається y′′ або f ′′(х) або . Аналогічно визначаються і позначаються: похідна третього порядку у′′′ = f′′′(x) = ;

похідна четвертого порядку у^IV= f^IV(x) = ;…

похідна n-ого порядку у⁽ⁿ⁾ = f ⁽ⁿ⁾(x) = .

Приклади. 1) у = 5х⁴ – 3х³ + 2х – 2.. Знайти у′′.

Розв‘язок. Знаходимо на початку першу похідну: у′ = 20х³ – 9х² +2, потім другу похідну: у′′ = 60х² – 18х .

2. y = х sinx.. Знайти у′′′.

Розв‘язок. y` = sin x + x cos x

y′′ = cosx + cosx – x sinx = 2cosx – x sinx

y′′′ = -2sinx – sinx – x cosx = -3sinx – x cosx.

5.4. Диференціал функції

Хай функція y = f(x) має похідну в точці х:

Тоді можна записати: , де   0 , при х  0 .

Отже: . (5.9)

Величина x - нескінченно мала вищого порядку, ніж f(x)x , тобто f(x)x - головна частина приросту у .

Визначення. Диференціалом функції f(x) в точці х називається головна лінійна частина приросту функції.

Диференціал функції позначається як dy або df(x).

З визначення диференціала виходить, що Δy = f(x)x або

dy = f((x) dx. (5.10)

Геометричний зміст диференціала

З'ясуємо геометричний зміст диференціала. Для цього проведемо до графіка функції у = f(x) в точці М(х,у) дотичну МК і визначимо ординату цієї дотичної для точки (див. рис. 5.2). На рисунку |LM| = Δx, |LN| = Δy .

Рис. 5.2.

З прямокутного трикутника MKL (рис 5.2) : KL = dy = tgx = yx , тобто диференціал функції f(x) в точці х дорівнює приросту ординати дотичною до графіка цієї функції в даній точці.

Властивості диференціала.

Якщо u = f(x) і v = g(x) - диференційовані функції в точці х, то безпосередньо з визначення диференціала виходять наступні властивості:

1. d(u ( v) = (u ( v)(dx = u(dx ( v(dx = du ( dv

2. d(uv)= (uv)(dx = (u(v + v(u) dx = vdu + udv

3. d(Cu)= Cdu

4. .

5.5. Диференціювання за допомогою пакету Maxima

Пакет Maxima надає потужні засоби для диференціювання функцій і обчислення диференціалів. Для обчислення простої похідної слід в командному вікні після запрошення Maxima ввести команду наступного вигляду:

diff(<функція>,<змінна>);

де <функція> – вираз функції (не обов'язково одній змінній), наприклад 4*х^5+3*x^2-5 ;

<змінна> – ім'я змінної, по якій виконується диференціювання, наприклад x;

За допомогою команди diff можна обчислювати похідні вищих порядків. При цьому ця команда має наступний формат:

diff(<функція>,<змінна>,<порядок>);

де <порядок> - порядок обчислюваної похідної.

Приклади. 1) Знайти похідну другого порядку функції

(%i5) d2:diff((x)^cos(x),x,2);

(%o5) x^cos(x)*(cos(x) /x-log(x)*sin(x))^2+x^cos(x)*(-(2*sin(x)) /x-cos(x)*log(x)-cos(x) /x^2)

2) Знайти похідну третього порядку функції

(%i6) d3:diff(cos(8*x^2),x,3);

(%o6) 4096*x^3*sin(8*x^2)-768*x*cos(8*x^2).

3) Знайти диференціал функції два змінних

(%i8) diff(2*x*y+y/(3*x));

(%o8) (2*x+1/(3*x))*del(y)+(2*y-y/(3*x^2))*del(x)