Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
2278.pdf
Скачиваний:
53
Добавлен:
07.01.2021
Размер:
4.86 Mб
Скачать

и покажем, что F(x) удовлетворяет теореме Ролля. Очевидно, что F(x) непрерывна на отрезке [a, b], дифференцируема на (a, b) и

F'(x) = f'(x) – f (b) f (a) (x).(b) (a)

На концах отрезка [a, b] функция F(x) принимает равные значе-

ния:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

F(a) = f (a); F(b) = f (a).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ледовательно, по теореме Ролля найдется точка x0 (a, b) та-

кая, что F' (x0) = 0:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x0) –

f (b) f (a)

 

 

)

= 0.

 

 

 

 

F'(x0) = f

 

 

(x

и

 

(b) (a)

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отсюда получаем, что

f (b) f (a) =

f (x0) .

 

 

 

 

(b) (a)

(x0)

 

Посмотрите видео 7.

 

 

 

 

 

 

 

4.2. ДИФФЕРЕНЦИ Л ФУНКЦИИ, ЕГО СВОЙСТВА

бА

И ПРИЛОЖЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 39. Дифференциал функцииД

Пусть функция в точке x0 имеет производную. По определению,

f (x 0) lim

 

y

, поэтому по свойствам предела

 

y

= f(x0) + (x),

 

 

 

 

x 0

 

x

 

 

 

 

x

 

где – бесконечно малая при x 0. Отсюда

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

y = f (x0) x + x.

 

 

 

 

Второе слагаемое в равенстве x является бесконечно малой

высшего порядка по сравнению с x: lim

x

= lim (x)

= 0,

 

x

 

 

 

 

x 0

 

 

x 0

 

поэтому y

и f (x0) x – эквивалентные

бесконечно малые

[при

187

f (x0) 0].

Таким образом, приращение функции y состоит из двух сла-

гаемых, из которых первое

f (x0)

x является главной частью при-

ращения y, линейной относительно x [при f (x0)

 

0].

 

Дифференциалом функции f (x) в точке x0

называется главная

линейная часть приращения функции и обозначается dy или d f (x0)

(прил. 31).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ледовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

d f (x0) = f (x0) x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пр мер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д фференциал функции dy и приращение функции

y

для функц y = x 2

при:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) про звольных x и x;

 

2) при x0 = 20;

x = 0,1.

2

 

 

2

 

2

 

2

 

2

 

2

 

Найти

 

 

+ 2x x + ( x)

 

x = 2x x + ( x) ;

Решен е. 1) y = (x

+ x) – x

= x

 

 

 

 

 

 

dy = 2x x;

 

 

 

 

 

2) если x0 = 20; x = 0,1, то

y = 40 0,1 + (0,1)2 = 4,01;

 

 

 

 

d y = 40 0,1= 4.

 

 

 

 

 

бА

 

 

 

Запишем равенство y =

f

(x0) x + x

в виде

 

 

 

 

y = dy + x.

 

 

 

 

 

Приращение y отличаетсяДот дифференциала dy на бесконечно

малую высшего порядка по сравнению с x, поэтому в приближен-

ных вычислениях пользуются приближенным равенством

 

 

 

 

 

 

 

 

И

y dy;

y f (x0) x,

если x достаточно мало.

188

 

 

Учитывая, что y = f (x0 +

x) – f (x0), получаем формулу для

приближенных вычислений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

f(x0 + x)

 

 

 

f(x0) + dy.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Или

f (x x0 ) f (x0 ) f (x0 ) x.

 

 

 

 

 

 

Пр мер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выч сл ть пр бл женно

 

 

 

 

 

 

 

 

Решен е. Рассмотр м

 

 

f (x) =

 

; x0 = 4; x = 0,1, тогда

 

 

x

 

 

= f(x0 + x). Используя формулу приближенных вычислений,

 

4,1

получ м

бА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= f(x0 + x) f(x0) + dy;

 

 

 

 

 

4,1

 

 

 

 

 

 

f(x0) =

 

 

=2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

dy = f'(x0) x =

 

 

1

 

 

 

 

0,1 =

0,1

= 0,025.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

Значит,

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,1

 

2,025.

 

 

 

Геометрический смысл

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

дифференциала df (x0)

Проведем к графику функции y = f(x) касательную в точке M0 (x0, f (x0)), пусть – угол между касательной KM0 и осью Ox (рис. 99).

Тогда f ' (x0) = tg .

Из M0NP видим

PN = tg x = f'(x0) x = d f(x0).

189

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M0

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = f(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0

 

 

 

 

 

x0 x x

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

бА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 99

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Но PN является приращением ординаты касательной при изме-

нении x от x0

до x0 + x. Следовательно, дифференциал функции f(x) в

точке x0 равен приращению ординаты касательной.

Найдем

дифференциал

функции

 

 

y= x.

 

 

Так как (x)' = 1, то

dx = 1 x = x. Получили: дифференциал независимой переменной x

равен ее приращению, т. е.

 

 

 

 

Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx = x.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если x – произвольное число, то из равенства df (x) = f (x) x

получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d f(x) = f (x) dx,

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) =

df (x)

, или f

 

 

(x) =

dy

.

 

 

 

 

 

 

 

 

dx

 

 

dx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, производная для функции y = f(x) равна отношению ее дифференциала к дифференциалу аргумента.

190

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]