![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Итенберг С.И. Дифференциальное и интегральное исчисление функций одной переменной учеб. пособие
.pdf[а; |
Если функция y-=f{x) |
дифференцируема |
на замкнутом |
интервале |
|
Ь], то в граничных точках этого |
интервала |
предполагается |
наличие |
||
к о н е ч н ы х о д н о с т о р о н н и х |
п р о и з в о д н ы х — правосторон |
||||
ней |
в точке а и левосторонней |
в точке |
'6. Это |
значит, что должно быть |
гарантировано существование соответственно следующих двух конечных пределов:
И ш |
f(a + Ax)-f(a) |
и Н ш |
/ ( 6 + Д х ) - / ( 6 ) a |
Д я > 0 |
Д * |
Ах<0 |
Ах |
Дх-^О |
|
Д*-*0 |
Если функция у = / (х) дифференцируема на некотором проме жутке, то ее графиком на этом промежутке будет сплошная линия, без точек возврата и угловых точек. Такую линию будем называть г л а д к о й . -
1.6. ДИФФЕРЕНЦИАЛ ФУНКЦИИ
Пусть функция у = f (х) дифференцируема в точке х. Тогда при ращение функции в этой точке можно представить в форме
|
|
Ay = f |
(х) Ах + |
аАх, |
где а ->- |
О при Ад; -> 0. |
|
|
|
Первое слагаемое |
в правой |
части этого равенства, пропорцио |
||
нальное |
величине |
Ах, называется |
д и ф ф е р е н ц и а л о м |
|
ф у н к ц и и у = f (х) и обозначается |
одним из символов: dy или |
|||
df (л:).Итак, |
|
|
|
dy = f'(x)Ax.
Если f'(x)=£0, то lim ~ ^ - = l i m
(1.7)
Г { х ) А х =f'(x)^0, |
откуда |
да--.О Ах |
дд:-*о |
Ах |
является |
следует, что если f (х) Ф 0, то дифференциал функции dy |
|||
при Ах -> 0 бесконечно малой о д н о г о |
п о р я д к а с |
Ах. Вто |
рое же слагаемое ссДх (как произведение двух бесконечно малых)
является при |
Ах -> 0 бесконечно малой б о л е е в ы с о к о г о |
п о р я д к а , |
чем Ах. |
Подчеркнем таким образом, что дифференциал функции не ра вен приращению этой функции — он отличается от приращения функции на бесконечно малую величину более высокого порядка.
Дифференциалом dx независимой переменной х называют при ращение Ах этой переменной: dx = Ах. Это согласуется с тем, что для функции у = х, пользуясь формулами (1.7) и (1.5), при п = 1, находим
dy = х'Ах = 1 • Ах, т. е. dx = Ах.
Формулу (1.7) теперь можно переписать так: |
|
dy = f'{x)dx, |
(1.8) |
т. е. дифференциал функции равен произведению производной функ ции на дифференциал (приращение) независимой переменной. Из формулы (1.8) находим
10
Таким образом, производную функции можно рассматривать как отношение дифференциала функции к дифференциалу аргу мента. Символ — часто применяют для обозначения производной
dx
от функции у по переменной х.
Остановимся теперь на геометрическом смысле дифференциала, для чего рассмотрим график функции у = f {х) (рис. 6). На этом
графике возьмем две точки: М (х, у) |
и Мг |
(х + Ах; у + Ау) и в |
||
точке М проведем |
касательную МТ. |
Тогда |
будем иметь tg ф = |
|
У |
|
|
|
т |
|
|
Ми |
|
|
|
/ |
K |
if |
*У |
|
|
J |
|
|
|
г<- |
( |
1 |
|
|
ux=dx |
|
|
|
— н ' / |
х |
х+йх |
|
|
0 |
|
|
|
|
Рис. 6
= р (х) и РК = tg ф Ах = Р (х) Ах = dy. Таким образом, диффе ренциал dy функции геометрически представляет собой прираще ние ординаты касательной к графику функции при переходе от точки с абсциссой х к точке с абсциссой х + Ал:. -
1.7. ПРИМЕНЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛА ФУНКЦИИ К ПРИБЛИЖЕННЫМ ВЫЧИСЛЕНИЯМ
|
Теорема. |
Если |
функция |
у = / (х) дифференцируема |
в точке х, |
||||||||||
причем Р (х) |
|
О, то |
при |
Ах |
->• |
О приращение |
Ау и |
|
дифференциал |
||||||
dy |
функции |
являются |
эквивалентными |
бесконечно |
малыми. |
||||||||||
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Так как |
функция у |
— f (х) диффе |
|||||||||||
ренцируема |
в точке х, .то в этой |
точке |
Ay |
= f |
(х) |
Ах + аАх, где |
|||||||||
а |
-у 0 при Ах |
->- 0. Тогда в силу |
(1.7) находим |
|
|
|
|
||||||||
|
1- |
Д |
У |
1- |
f'(x)Ax-\-a&x |
, . |
|
(, . |
а |
1 |
|
, |
|||
|
lim —— = hm —— |
- |
=-hm |
|
1Н |
|
|
\ = 1, |
|||||||
|
Ах-о |
|
dy |
Ах^О |
f |
(х) Ах |
Д х - о |
|
I |
Р (.х) ) |
|
|
|||
что и требовалось |
доказать. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
На этой теореме основано применение дифференциала к при |
||||||||||||||
ближенным |
вычислениям. Известно (там же, стр. 169), что любую |
из двух эквивалентных бесконечно малых можно приближенно за-
11
менить другой. Поэтому из последней теоремы вытекает следующее приближенное равенство:
Ay^dy. (1.9)
Абсолютная и относительная погрешности этого равенства мо гут быть сделаны сколь угодно малыми при достаточно малом по модулю Ад:. Структура дифференциала обычно значительно проще структуры приращения функции, в силу чего формулой (1.9) ши роко пользуются в приближенных вычислениях.
|
|
Пример. Дан куб с ребром |
х = 2 м. Вычислить, на сколько |
|
возрастет |
||||||
его |
объем, если |
его ребро |
увеличится на ДА: = |
1 см. Объем куба |
V = |
х3. |
|||||
|
|
Т о ч н о е |
р е ш е н и е . |
AV = |
(х + |
Дд:)3 — х3 = 3*2 Дх + |
Ъх (Дх)2 + |
||||
+ |
(ДА:)3 = 3-23 -0,01 + 3-2 |
(0,01)2 + |
(0,01)3 = 0,120601 ж3 . |
|
|
|
|||||
|
|
П р и б л и ж е н н о е |
р е ш е н и е . |
Используя формулы |
(1.9), |
(1.7) |
|||||
и |
(1.5), находим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
AV к dV = V'Ax = Зх2Дл; = 3-22-0,01 =0,12 м3. |
|
|
|
||||||
|
|
Абсолютная |
погрешность |
этого |
результата |
| dy — Ay \ = 0,000601 |
м3 |
||||
относительная |
|
\dV-AVl |
|
Л 0 0 |
0 6 0 1 и 0,005 (0.5./Q), |
|
|||||
погрешность |
AV |
|
0,120601 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Операции |
нахождения |
производной и дифференциала |
от дан |
||||||
ной |
функции |
называются |
д и ф ф е р е н ц и р о в а н и е м |
этой |
|||||||
функции. Общее название |
обеих операций объясняется |
тем, что |
с точки зрения техники вычислений они почти не отличаются друг от друга. В силу формулы (1.8) дифференциал функции получается простым умножением производной этой функции на dx = Ах. Ниже в этой главе устанавливаются общие правила дифференци рования функций, а также вычислены производные от основных элементарных функций. Это позволит при дифференцировании лю бой элементарной функции не обращаться каждый раз к определе нию производной, что значительно уменьшит объем вычислительной работы.
1.8. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ПОСТОЯННОЙ ФУНКЦИИ
Рассмотрим |
постоянную |
функцию у = С — const. Для любого |
|||
Ах будет Ау = |
0, так что у' |
= l i m |
- ^ - = lim —^- = 0. Итак, |
||
|
|
Д.х-»0 |
Ах Дд:-.о |
Ах |
|
и |
|
С' = 0 |
(1.10) |
||
dC = C'dx = 0. |
(1.11) |
||||
|
|||||
Следовательно, |
производная |
и дифференциал |
постоянной функции |
||
равны нулю. |
|
|
|
|
1.9. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ АЛГЕБРАИЧЕСКОЙ СУММЫ ФУНКЦИИ
Теорема. Если функции и = ф (х) и v = g [х) |
дифференцируемы |
в точке х, то в этой точке |
|
(и ± v)' = и' ± v'. |
(1.12) |
12
Д о к а з а т е л ь с т в о . Обозначим у = и ± v. Придадим х приращение Ах, в результате чего функции и, v, у получат соот ветственно приращения Aw, Av, Ay, причем
Ау = [(и + Аи) ± (v + Av)] — [u ± v] = Аи ± |
Av. |
|||||||||
Пользуясь |
этим, |
находим |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
1- |
Ау |
,. |
Дц |
. |
Av |
, |
, |
, |
|
у = lim —— = hm — |
± hm — |
= и |
± |
и. |
||||||
|
дж-о |
Ах |
дл- о |
Ах |
ддг-о Ах |
|
|
|||
Подставив |
сюда |
у = |
и + |
v, |
получаем |
формулу |
(1.12). Умно |
|||
жив равенство |
(1.12) почленно |
на dx, |
получим |
|
|
|||||
|
|
d(u±v) |
|
= du + dv. |
|
|
(1.13) |
Формулы (1.12)- и (1.13) легко обобщаются на случай любого числа слагаемых. Итак, производная {дифференциал) алгебраической суммы функций-равна алгебраической сумме производных (дифференциалов) слагаемых.
1.10. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ПРОИЗВЕДЕНИЯ ФУНКЦИИ
Теорема. |
Если функции и = ср (х) и v = g (х) |
дифференцируемы, |
в точке х, |
то в этой точке |
|
|
(uv)' = u'v + uv'. |
(1.14) |
Д о к а з а т е л ь с т в о . Обозначим у = uv. Придадим х при ращение Ах, и пусть Аи, Av, Ay будут приращения соответственно функций и, v, у, вызванные приращением Ах аргумента. Имеем
Ау = [(и + Аи) (v + Av) ] — uv = vAu + uAv + AuAv.
Учитывая, что и и v —• начальные значения функций, не зави сящие от приращения Ал; аргумента, находим
, |
,. |
Ау |
,. |
у |
= n m — — — vhm |
||
|
Ax-rO |
Ax |
Ax-0 |
Аи , |
,. |
|
j - uhm |
Ax |
Д . 1 - 0 |
Av |
. |
,. |
Аи |
,. |
д |
Av. |
|
|
|-hm |
— - l i m |
|
||
Ax |
|
Ax-rO |
Ax |
Д х - 0 |
|
|
Функция v = g (x) в рассматриваемой точке по условию диф
ференцируема, а значит, и непрерывна (см. |
§ 1.4), |
следовательно, |
Игл До = 0 и предыдущее равенство дает у' |
— vu' |
+ uv' - j - и' -0. |
д*-о |
(1.14). |
|
Подставив сюда у = uv, придем к формуле |
|
Для случая трех сомножителей, применяя формулу (1.14), на ходим:
(uvw)' = [(uv) w]' — (uv)' w + (uv) w' = (u'v + uv') w + + uvw' = u'vw + uv'w + uvw'.
Аналогичное правило справедливо при дифференцировании произведения любого числа сомножителей.
Умножив равенство (1.14) почленно на dx, получим
d(uv)=vdu + udv. |
(1-15) |
13
С л е д с т в и е . .Постоянный множитель можно выносить за знаки производной и дифференциала: таким образом, если С = = const, то
|
(Си)' |
= Си', |
|
|
(1.16) |
|
|
d{Cu) |
= Cdu. |
|
(1.17) |
||
Формулы (1.16) и (1.17) |
получаются |
сразу из формул (1.14) |
||||
и (1.15), если положить в них v = С и воспользоваться |
формулами |
|||||
(1.10) и (1.11). |
|
|
|
|
|
|
1.11. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ЧАСТНОГО |
|
|||||
Теорема. Если |
функции |
и = |
ф (х) |
и |
v = g (х) |
дифференци |
руемы в точке х, |
причем в этой |
точке |
v Ф 0, то |
|
Д о к а з а т е л ь с т в о . Обозначим у = |
. Пусть, по-преж |
нему, Аи, Av, Ау— приращения функций и, v, у, вызванные при ращением Ах аргумента х. Тогда
Ay- |
и -4- Аи |
|
и |
vAu— |
uAv |
|
v + Av |
v |
|
v2 + |
vAv |
|
|
А и |
|
Av |
|
|
v lim |
|
|
и lim |
|
y' — lim y — |
A*-o |
A * |
|
A*-*o A* |
_ v u ' |
дл:-.о Дх |
o H ^ I ' i n A» |
|
—u v '
v2-\-v-Q
Ax-0
ибо, как было отмечено в предыдущем параграфе, lim Av — 0.
Ax~0
Подставив сюда у — -^-, придем к формуле (1.18). Умножив это
равенство почленно на dx, получим |
|
rf(-f) = v d » - u d v . |
(1.19) |
Примеры.
1- у = 5л:*; у' = (5х*)' = 5 (х4)' = 5-4л:3- — 20х3. Использованы пра вило (1.16) и формула (1.5).
2. |
у =— |
; |
у' = |
\-— |
= |
— (хг) |
= |
2х = х. |
|
|
2 |
— Ах + |
\ 2 J |
2 |
|
2 |
|
||
3. |
£/.= бл;3 |
5; |
г/' = |
(б*3 )' |
— (4л:)' + |
5' == 6 (л:9)'' — .4 (*') + 0 = |
|||
= 6-Зл:2 — 4 1 = |
18л:2 |
— 4. Использованы правила (1.12) и (1.16) и формулы |
|||||||
(1.5) и |
(1.10). |
|
|
|
|
|
|
|
|
4- y = i k + 6 x - u |
|
" ' " ( w ) , |
+ ( W |
' - 1 , = w M ' + |
|||||
+ 6 ( 4 ' - 0 = - ^ Л : 3 + 6 = 2К2"-Л:3 + 6. |
|
|
14
5. у = |
х3 |
(4х2 — 3); |
у' |
= |
(х3 )' (4х2 — 3) + х3 (4ха — 3)' = |
Зх2 (4х2 — |
||||||||||
— 3) + |
х 3 - 8х |
= |
20х* — 9ха . Использованы |
правила (1.14), |
(1.12) и (1.16). |
|||||||||||
6. |
у = |
(ха + |
4) (1 — 2х); |
(/' = (*а + 4 ) ' |
(1 — 2х) + |
(х2 + |
4) (1 — |
|||||||||
— 2*)' = |
2х-(1 — 2х) + |
(х2 |
+ |
4) (— 2) = |
— 6х а |
+ 2х — 8. |
|
|
||||||||
7 |
и |
= х 1 ± 1 . |
|
, |
(*' + |
|
З Г * 2 - ( * 4 |
+ |
3)(х 2 Г |
|
|
|
||||
|
|
|
|
х 2 |
|
|
|
|
|
(х2 )2 |
|
|
|
|
|
|
4 x s x 2 — ( х * + 3)2х- |
2х6 |
—6 |
т . |
|
|
|
.. , о ч |
|
, 0 , |
|||||||
— |
|
v |
х* |
' — = |
|
|
. Использованы правила |
(1.18) |
и (1.12). |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
4 х а — 1 |
|
, _ |
(4ха — 1)' (4х2 |
+ 1) — (4х2 — 1) (4х2 + |
\)' _ |
||||||||
' |
У |
~ |
4х*+1 |
' |
У |
~ |
|
|
|
( 4 х 2 + |
I ) 2 |
|
|
|
||
_ 8х (4х2 + |
1) — (4х2 — 1) 8х |
= |
16х |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
( 4 х 2 + 1 ) 2 |
|
|
|
|
~ ( 4 х 2 + 1 ) 2 ' |
|
|
|
|
|
|||
9. |
i/ = |
x6 |
— 2х; |
dy= (х6 — 2x)'dx = |
{5xi |
— |
2)dx. |
|
|
|
||||||
10. |
у = |
|
|
; |
dy= |
|
|
|
dx= |
|
• |
dx. |
|
|
|
|
|
|
|
х 2 — 1 |
|
U 2 — 1/ |
( x 2 — l ) 2 |
|
|
|
1.12.ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ТРИГОНОМЕТРИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
|
Возьмем функцию у = |
|
sin х. |
Аргументу х |
придадим прираще |
||||||||||
|
ние Ах, в результате чего функция получит |
приращение |
|||||||||||||
|
Ay — s'm(x-\- Ах)—sin х = 2 sin |
|
|
cos ^ |
+ ~ - |
||||||||||
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
„ |
|
. Дх |
cos |
/ |
|
. |
Дх |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 sin |
|
х 4- |
|
|
||||
|
у' = lim —— = lim |
|
|
Дх |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
Д д - О |
Дх |
Дл: - 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
„ Дх |
|
/ |
, Дх \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1- |
2 |
2 |
cos |
1х -) |
2 / |
|
,. |
/ |
|
. |
Дх \ |
|
||
i |
|
|
V |
|
|
|
= cosx. |
||||||||
= h m |
|
|
1 |
|
|
— = |
lim cos\x-\ |
|
|
||||||
|
Д д : - 0 |
|
|
Дх |
|
|
|
Длг - 0 |
\ |
|
|
|
2 |
J |
|
|
При вычислении этого предела мы воспользовались эквивалент |
||||||||||||||
|
ностью синуса бесконечно малой дуги самой дуге (там же, стр. 171). |
||||||||||||||
|
Итак, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(sin х)' = cos х. |
|
|
|
|
(1.20) |
||||
|
Аналогично |
можно |
получить |
формулу |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
(cosx') = —sin х. |
|
|
|
|
(1-21) |
Используя правило (1.18), находим
у/ sinx у (sin х)' cos х — sin х (cos х)'
(igx) • |
cos x J |
C osa x |
|
cos2 x + sin2 x |
1 |
|
sin2 x |
cos2 x |
15
1
(tg*)' = — — = sec2A:.
можно получить
(ctg х') = — - — cosec3 х. sin2 *:
о
(1.22)
(1.23)
2. |
г/= л;2 sin А:; |
у' = |
(л:2)' sin л: + |
_ |
cos л: |
, |
(COSX)'A: — |
3.у = : у' = —
X |
Х 2 |
|
cos2 л: |
л:2 (sin х)' = |
2х sin х -4- A:2 COS х. |
cos А: (л:)' |
л; sin А: + cos х |
——= |
! |
|
Х 2 |
4. у — 5 sin х; йу = (5 sin х)' dx = 5 cos xdx.
1.13. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ
Пусть теперь у = \ogax (<з>0; а Ф 1). Приращение этой функ ции, соответствующее приращению Ал: аргумента, будет
Ay = log, (х + Ах) - |
log0 х = loga Г - Ц ^ = loga f 1 + |
|
||||
|
|
|
|
|
х |
|
|
= |
loga e-ln 1 |
Ал; |
|
||
(мы воспользовались |
здесь |
тождеством |
loga А = loga е- 1пЛ). |
|||
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л * \ |
ДА; |
|
|
|
1 П |
1 + ' |
А; |
|
|
г/' = П т - ^ - = 1°ёае -1™ |
—^—; |
- = loga e-lim —— = 4 " l o S a e - |
||||
д* - о ДА; |
ДХ-О |
|
ДА; |
|
Д*-О ДА; |
Х |
При вычислении этого предела мы заменили бесконечно малую
In (1 + 4^"") эквивалентной |
ей бесконечно малой |
4 ~ |
(там же, |
||||
( ! + • ¥ • ) « |
|
|
|
|
|
||
стр. 167). Итак |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
(loga *)' = 4rloga e. |
|
(1-24) |
|
В частности, |
при а = е получаем правило дифференцирования |
||||||
натурального логарифма |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
( I n * ) ' = 4 - . |
' |
(1-25) |
Примеры. |
|
|
|
|
|
||
1. |
у' = |
10 log2 |
*: |
У' = 1 0 — |
1 о 8а е. |
|
|
2. |
г/ = |
A;2 In х\ |
у' |
= (A;2)' In А: + Х2 (In А:)' = 2А; In х + А:2 |
4 " = |
2А; In А: + х. |
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
1.14. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ФУНКЦИИ
Пусть сложная функция у аргумента х задана уравнениями
|
|
y = f(u), |
I |
|
|
(1-26) |
||||
|
|
|
I |
ч |
|
|
||||
|
|
u = q>(x). |
) |
|
|
|
|
; |
||
Имеет |
место |
следующая |
теорема. |
Если |
функции |
f (и) |
и |
ср (х) |
||
дифференцируемы |
в соответствующих |
друг |
другу точках |
и, |
х, то |
|||||
сложная |
функция |
у — Дер (х)] тоже дифференцируема |
в |
точке |
х, |
|||||
причем |
|
y' |
= f'{u)-u' |
|
|
|
(1.27) |
|||
или |
|
|
|
|
||||||
|
dy |
dy |
|
du |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
' |
dx |
du |
dx |
|
|
|
|
|
|
Таким образом, производная от сложной функции у по незави |
||||||||||
симой переменной х равна |
производной от |
сложной |
функции |
у |
по промежуточному аргументу и, умноженной на производную промежуточного аргумента и по независимой переменной х.
Д о к а з а т е л ь с т в о . |
Придадим независимой |
переменной х |
||||||
приращение |
Дх; тогда функция |
и = |
ср (х) получит |
приращение |
||||
Аи, |
что вызовет приращение Ау |
функции у = f (и). Так как функ |
||||||
ция |
у — / (и) по |
условию дифференцируема в рассматриваемой |
||||||
точке и, то ее приращение можно |
представить в форме |
|||||||
|
|
|
Ay — f |
(и) Аи + |
аАи, |
|
||
где а -> 0 при Да |
0. Отсюда |
|
|
|
|
|||
|
|
|
-.f>{u)J± |
|
+ a*!L. |
(1.28) |
||
|
|
|
Ах |
|
Ах |
Ах |
|
|
|
Функция |
и = |
ср (х) дифференцируема, а значит, |
и непрерывна |
в точке х, соответствующей рассмотренной выше точке и, следова тельно, lim Аи = 0, а потому и lim а = 0. Перейдя в равенстве
(1.28) к пределу при Ах -у 0 и учитывая последнее соотношение, придем к равенству (1.27).
Умножив равенство (1.27) почленно на dx, получим следующее
выражение для дифференциала сложной |
функции: |
dy = f'(u)du. |
> (1.29) |
Этот же вид дифференциал функции у — / (и) имел бы и в том "случае, если бы переменная и была не промежуточным аргументом, а независимой переменной. В этом состоит так называемое с в о й
с т в о и н в а р и а н т н о с т и (неизменяемости) |
формы диффе |
ренциала по отношению к аргументу. Здесь только |
следует иметь |
в виду, что если и — независимая переменная, то du есть ее произ вольное приращение, если же и — промежуточный аргумент, т. е. функция, то du есть дифференциал этой функции, т. е. величина, вообще говоря, не совпадающая с ее приращение|ц
|
Гсо. -- |
. • . • г |
2 Заказ № 118) |
mr---y - v. |
.... w • |
ОнСч.едток* СО'. ЭКЗЕМПЛЯР-
|
|
Примеры. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1. |
у = |
(2 + |
|
я5 )1 0 - |
Положим |
у = |
и1 », |
и = |
2 + |
хъ. |
По формуле |
(1.27) |
|||||
имеем |
у' |
= |
10u9 u' |
= |
10 (2 + |
хь)я |
(2 + |
л:5)' = |
10 |
(2 + |
*5 )8 -5** = 50*4 X |
||||||||
X |
(2 |
+ |
х8 ) 9 . |
|
|
|
|
|
|
у = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у' |
— |
2. |
t/ = |
sin |
5А;. |
Положим |
sin |
и, |
|
ы = |
5*. |
По формуле (1.27) |
будет |
||||||
cos и-и' = |
|
cos |
5л:-(5*:)' = |
5 cos 5л:. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
3. |
г/ = |
In (tg |
л:). |
Положим |
у |
= In и, |
|
и = |
tg |
х. |
Тогда |
|
||||||
|
|
|
|
У = |
1 |
, |
= |
1 |
|
ч , |
= • |
|
1 |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
— |
" |
— — |
(tg х)' |
igx |
cos2 Л: |
sin 2Л: |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
tgx |
|
|
|
|
(При известном навыке букву и не пишут, вводя ее лишь мысленно.)
4. |
у = |
(2 + |
3 In хУ; |
у' = 4 |
(2 + |
3 In .г)3 |
(2 + 3 In л:)' = |
(2 -f- 3 In л:)3. |
5. |
у = |
cos |
(2л:3); у = |
— sin |
(2л:3) |
(2л-3)' |
= — 6*2 sin (2л:3). |
|
Пусть теперь у как сложная функция от х представлена цепоч кой, состоящей не из двух, как в случае (1.26), а из трех дифферен
цируемых функций: у — f |
(и), и |
= ф (v), v |
= |
(х). |
Согласно |
пра |
|||
вилу |
(1.27) |
имеем у' |
= f |
(и)-и', |
но в силу |
того |
же |
правила |
и' = |
= ф' |
(v)- v' |
= ф' (v) |
г|>' (х); итак, |
|
|
|
|
|
У'=/'(")Ф'(о)!>'(*)• Коротко можно сказать, что производная сложной функции
равна |
произведению производных |
от функций, |
ее |
составляющих. |
||||||
6. |
у = |
In sin (2л?). Положим |
у=1пи, |
и = sin v, |
v = |
2xs. |
Тогда |
|||
|
|
у' = — |
cos vv' |
= |
l- |
cos |
(2Л.-3) (2Л:3)' = |
6x2 |
ctg |
(2л?). |
|
|
u |
|
|
sin (2л.-3) |
|
|
|
|
|
7. |
у = |
[In (1 + |
л-2)]*; |
y' |
= 4 |
[In (1 + |
л:2 )]3 — — |
(1 + |
* 2 ) ' = |
|
|
~ |
|
|
|
• Sx |
1 + л:2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 + |
In3 |
(1 + JC2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
X2 |
|
|
|
|
1.15.ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ СТЕПЕННОЙ ФУНКЦИИ
Пусть у — ха, где а — любое действительное число. Производ ную этой функции можно было бы найти, пользуясь ее определе нием, однако мы быстрее достигнем цели, применив прием л о г а - р и ф м и ч е с к о г о д и ф ф е р е н ц и р о в а н и я . Этот прием состоит в том, что функцию сначала логарифмируют, а потом уже дифференцируют. Прологарифмируем данную функцию, предпо лагая, что x5>0: In у = a In х. Здесь у есть функция от х, в силу чего левая часть этого равенства является сложной функцией от х.
Дифференцируем обе части последнего равенства по х, причем его левую ч-асть дифференцируем как сложную функцию: — у' —
1 |
1 |
и |
ха |
—i |
= |
а — |
. Отсюда находим у' = а ~- |
= а — = аха |
. Итак, |
|
|
{ха)'=аха-1. |
|
(1.30) |
18
Легко показать, что эта формула верна и при х < 0 , |
если только |
|||||||||||||||||||||||||
в этом случае ха |
имеет смысл. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Выше |
[см.'формулу |
(1.5)] |
формула |
(1.30) |
была |
выведена |
для |
|||||||||||||||||||
натурального |
показателя |
|
а = |
п. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Примеры. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1. |
у = |
— - f |
2 у ^ = |
З х _ |
4 + |
|
— |
; |
|
у' = |
3 ( — |
4х~5) |
+ |
|
|
|
|
|||||||||
2 х 3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
х* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
1 |
„ - 1 . |
|
.., |
|
/ |
|
, |
з |
|
|
|
|
||||||
2. |
|
|
л ..—5" |
|
|
„ I |
|
1 |
|
|
) |
- |
|
|
||||||||||||
< / = - ^ |
|
^ = |
2х |
|
a - * " |
1 |
; |
|
*/'=2 |
|
|
^ л : |
2 |
|
|
|||||||||||
|
|
У х |
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- ( - Ь , - 2 ) = |
|
|
|
|
|
1 |
" 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3. |
# = |
У^е |
cos х; |
у' = |
()/"*)' cos |
х + |
|
|
|
(cos)' = |
—^7= cos д; — Ух |
sin |
х. |
|||||||||||||
< |
• |
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
у х |
|
|
|
|
|
4. |
у = |
Ух2 |
+ |
1. |
Положим |
|
у — Уи, |
|
и = хг + |
1. |
Тогда |
у |
' |
и |
2 |
и'= |
||||||||||
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
- |
- |
|
|
|
|
|
|
|
х |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
Х 2 |
' |
+ |
' |
1) |
2 |
|
(ЛГ2 |
+ |
' |
1)' |
= • |
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 v |
|
|
|
1 |
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5. |
(/ = |
(cos |
д:)2 |
. Положим |
у = |
и |
2 , |
|
u = |
cos х. |
Тогда |
у |
= |
— 2и~3 |
X |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
/ |
|
|
п . |
|
. |
|
д |
, |
|
|
./ |
|
2 sin |
х |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
X и |
= |
— 2 (cos |
х) |
0 |
(cos |
х) |
= (cos |
Л;)3 |
|
|
|
|
|
1.16.ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЬНОЙ ФУНКЦИИ
Пусть у — ах ( а > 0 , а Ф 1). Для отыскания производной этой функции снова применим логарифмическое дифференцирование.
Логарифмируем |
данную |
функцию: In у = |
х In а. |
Дифференцируя |
||||||||
обе части |
этого |
равенства по х, находим— -у' = |
\-\na, откуда |
|||||||||
у' |
= |
у In а = |
ах |
In а. Итак, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(а*)'= 0*111 а, |
|
|
(1.31) |
|
и |
в частности, |
при |
а = |
е, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(e*).' = e*. |
|
|
' . |
|
|
Примеры. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1. |
у = |
3* + |
2е*; |
(/' = |
3* In 3 + |
2е*. |
|
|
|
||
|
2. |
у = |
еьх. |
Положим у |
= е", и = |
5л:. Тогда |
= eu -u' |
= е^-б. |
||||
|
0 |
|
|
/JT |
|
, |
Ух / , / - у |
1 |
т^1ё |
|
|
|
|
3. у = е |
; |
|
= |
(У ж) = - — ? = - е . |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Уд: |
|
|
|
2* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |