Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методические указания и задания к выполнению самостоятельных работ для студентов 1-го курса-1.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
28.12.2025
Размер:
1.58 Mб
Скачать

10.26. y =

lg

(x2 +2x)

 

 

10.27. y =

(x 8)8

 

 

 

 

.

 

 

.

 

 

(x +1)8

 

lg (2x 3)

 

 

 

52x

 

 

 

 

 

10.28. y =

 

 

 

.

10.29. y = ln

1+cos3x

 

 

 

 

 

1cos3x

 

2 + 2 +52x

 

 

 

 

 

10.30. y = 5 xx +88 arccos(3x +8).

ТЕМА 8. ЛОГАРИФМИЧЕСКОЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ

Пример. Найти производную функции y = xx .

Решение. Применяя логарифмическое дифференцирование,

находим:

 

 

 

 

y

1

 

ln y = x ln x;

 

= xln x + x(ln x)= ln x + x x

= ln x +1;

y

y′ = y (ln x +1)= xx (ln x +1).

Задание 11. Найти производные следующих функций:

11.1. y = (sin x)x .

1

11.2. y = xx .

11.4. y = (ctgx)x3 .

11.5. y = (cos x)x2 .

 

 

 

 

 

 

11.7. y =

x(x 1)

.

11.8. y = xtgx

 

 

 

x 2

 

11.3. y = (cos x)sin 2x . 11.6. y = (sin 4x)2x .

x(1+ x2 )

11.9. y = 3 (1x)2 .

11.10.

y =

x3

(x2 +1)2

.

11.11. y =

x(

x2 +1

)

.11.12. y = xex .

 

 

 

 

 

 

 

x(x 1)

1x2

 

 

 

 

 

11.13. y = (sin 3x)x2 +1 . 11.14. y =(cos 2x)x2 .11.15. y = xe2 x .

22

11.16. (ctg2x)x2 .

 

 

11.17. (sin 5x)1+x2 .

11.18. y = (ln 5x)x .

 

11.19. y = xarcsin x .

 

 

11.20. y = (ln x)2x .

11.21. y = xarctgx .

 

11.22. y = xctgx .

 

 

11.23. y = (cos5x)x2

.11.24. y = (tgx)2x .

 

11.25. y =

x(x2 1)

x

2x

11.27. y = (ctgx)

sin x

 

 

 

 

 

. 11.26. y =

 

.

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 +

3

2

 

 

 

 

 

 

11.28. y = x2tgx .

 

 

11.29. y = xe5 x .

1

 

 

 

 

 

11.30. y = x

2x

.

 

 

ТЕМА 9. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИ ЗАДАННЫХ ФУНКЦИЙ

Пример. Найти производную функции, заданной параметриче-

ски x =10t,

y = t2 .

 

 

 

 

 

Решение.

Находим xt′ =10, yt′ = 2t . По формуле yx =

yt

xt

находим производную yx =

 

2t

=

1 t .

 

10

 

 

 

 

5

 

Задание 12. Найти производные функций, заданных параметрически:

12.1.

x = t2 ,

y = t3 .

12.3.

x = t3 ,

y = t3 +t .

12.5.

x = t2 +2t, y = ln (t +1).

12.7.

x = a cost,

y = bsin t .

12.9.

x = a sin t,

y = a cost .

12.11.

x = 2t,

y = 3t2 5t .

12.13.

x = t cost, y = t sin t .

12.2.

x = a cost,

y = a sin t .

12.4.

x = a cos3 t, y = a sin3 t .

12.6.

x = 3cost, y = 3sin t .

12.8.

x = cos2 t,

y = sin2 t .

12.10.

x = asin3 t,

y = a cos3 t .

12.12.

x = ln t, y = sin 2t .

12.14.

x = a(1cost), y = at .

23

12.15. x = t (1sin t), y = t cost .

12.16. x = e2t ,

y = cos 2t .

 

 

12.17. x = et sin t,

y = et cost .

12.18. x = a t

,

y =

 

t

 

.

 

 

a +t

 

 

 

a +t

 

 

 

 

 

 

12.19. x = t3 +3t +2, y = 3t5 +5t3 +3. 12.20. x = t2 , y =

 

 

t3

.

 

 

 

2 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.21. x = 3cos3 3t, y = 4sin2 t .

12.22. x = t2 +1,

y = et2 .

 

 

 

 

12.23. x = t2 +t +1,

y = t3 +t .

12.24. x = sin

t

,

y = cost .

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

1

 

 

 

 

12.25. x = t sin t,

y =1cost .

12.26. x = ctgt,

 

y =

 

 

 

 

.

 

cos2

2t

 

 

 

t

 

 

 

 

12.27. x = t cost, y = 3t sin t .

12.28. x = cos

 

,

y =t sin t .

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.29. x = cos at, y = sin at .

12.30. x = tgt +ctgt, y =3ln ctgt .

ТЕМА 10. ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ НЕЯВНЫХ ФУНКЦИЙ

Пример. Найти производную неявной функции

x3 2x2 y2 +5x + y 5 = 0 .

Решение. Дифференцируя по х обе части уравнения, получаем

3x

2

4xy

2

2x

2

2yy

+5

+ y

= 0 , т. е.

y

=

3x2 +4xy2 5

.

 

 

 

 

 

 

14x2 y

 

Задание 13. Найти производные неявных функций.

 

 

13.1. y2 2x = 0

 

 

13.2. x2 + y2 5 = 0

 

 

13.3. ln y 2x = 0 .

13.4. ex + x + y = 0 .

13.5. xy2 4 = 0 .

13.6. arctgy y + x = 0.

13.7. ex +ey

3xy

1 = 0.

13.8. x2 + y2 4x 10y +4 = 0 .

 

13.9. 5x2 y +3xy 2y2 +2 = 0 .

 

 

 

 

 

2

2

 

2

 

 

 

 

13.10. x3

+ y3

= a3 .

24

13.11. x

 

= y

 

.

13.12. y = tg (x + y).

y

x

13.13. ex ey = y x .

13.14. 6x2 +3xy +2y2 +3 = 0 .

13.15. x3

+ y3 4xy = 0 .

13.16. y +ln y = x +3 .

13.17. x2

+5xy + y2 7 = 0 .

13.18.

 

+

 

=

 

.

x

y

3

13.19.4x2 4xy + y2 4x 2y +10 = 0 .

13.20.x2 +3xy + y2 4x 4y +4 = 0 . 13.21. y2 + xy +sin y = 0 .

13.22. ey ey +3xy = 0 .

13.23. xy yx

= 0 .

 

13.24. exy x3 y3 = 4 .

 

13.25. xy arctg

x

 

= 3 .

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.26. 3

 

+ 3

 

9 = 0 .

 

13.27. 2x +2y

= 2x+y .

x

y

 

13.28. x2 +2xy2 +3y4 =

6 .

13.29.

x2

y2

=1.

 

 

 

 

13.30. 3x3 +ln 3y x2ey

= 0 .

9

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕМА 11. ПРОИЗВОДНЫЕ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ

Пример 11.1. Исследовать на непрерывность функцию Дана функция y = x4 3x3 +2x2 5x +7 .

Вычислить f ′′(1), f ′′(0).

Решение. Находим общие выражения для производных первого и второго порядка:

f (x)= 4x3 9x2 +4x 5 ,

f ′′(x)= (f (x))= (4x3 9x2 +4x 5)′ =12x2 18x +4 .

Подставляя в последнее выражение x1 = −1, x2 = 0 , получаем f ′′(1)= 34, f ′′(0)= 4 .

25

Пример 11.2. Дана функция x = t2 , y = t3 . Найти вторую производную в точке M0 (1;1).

Решение. Воспользуемся формулами

 

y

 

 

(yx )

 

 

2

 

 

3t2 3

yx =

t

,

y′′xx =

 

t

xt′ = 2t,

yt′ = 3t

yx = 2t = 2 t.

xt

 

xt

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

 

3

 

Имеем (yx )t=

, следовательно

y′′xx =

2

 

 

=

.

2

2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4t

При x0 = y0 =1 получаем t0 =1. Тогда y′′xx M = 431 = 34 .

Пример 11.3. Вычислить значение второй производной неявной функции ex + x y = 0 в точке M (1, e).

Решение. Находим производную первого порядка неявной функции, заданной уравнением ex + x y = 0 : ex + y + x y′ = 0 .

Разрешая последнее уравнение относительно y, получаем y′ = − ex x+ y . Дифференцируя данное уравнение вторично, получаем

y′′ =

 

ex + y

= −

(ex + y) x (ex + y)

.

 

 

 

x

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеем x0 =1,

 

 

 

 

y0 = −e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим y

 

M : y

 

M = −

e1 e

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e1 +0

 

1

e1

e

 

 

 

Вычисляем y′′

 

M

= −(

 

 

 

)

 

2 (

 

 

)= −e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

Задание 14. Вычислить значение второй производной в указанной точке.

14.1. y = x5 +52x ,

 

x

 

= 0.

 

 

14.2. y = x2 ln 1 ,

 

x

 

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.3. y = ln ctg4x,

 

x

 

=

 

 

π

.

 

14.4. y = arccos 2 ,

x

 

= 4.

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

0

 

 

 

 

 

 

x = t sin t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = e

t2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.5.

 

 

t0 =π .

 

14.6.

 

 

 

 

 

 

t0

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =1cost,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

=

4

t2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

t

+ 1

sin 2t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = 2

(

t sin t

)

,

 

 

π

 

14.7.

x

 

2

 

 

t0

= 0.

14.8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

=

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 2(1cost),

 

 

 

 

y = cos t,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.9. tg y = x +3y,

 

M (0, 0).

 

x = t +ln cost,

t0

=

π

 

.

 

14.10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = t ln sin t,

 

 

 

14.11. x y2 4 = 0,

M (1, 2).

 

 

x = 2t

t

5

,

 

 

t0

 

 

 

 

14.12.

 

 

 

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =t3 8t 1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.13. x2 + y2 25 = 0, M (3,4).

 

x =t

+1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

= 2.

 

 

 

14.14.

y = et

2

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.15. f (x)=

 

12x

 

 

,

 

x0 = 4.

14.16. x = e

 

sin t,

 

t0

=

π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cost,

 

 

 

1+ 3 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = et

 

 

 

 

 

4

 

 

 

14.17. f (x)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.18. f (x)= ln (1+42x ), x0 = 0.

 

 

x +2

 

 

 

 

, x0

=1.

 

 

 

 

x

14.19. f (x)= ex cos3x, x0

= 0.

14.20.2y =1+ xy3 , x0

= 4, y0

=1.

14.21. yey = ex+1,

x0

= 0, y0 =1. 14.22.y = ln (x2 4),

x0

= 3.

27

14.23. y = (x + y)3 27(x y),

x0

= 2, y0 =1.

14.24.

y2 = x +ln

y

 

,

x

= y

=1.

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

14.25.

ey = 4x 7 y,

 

x

= 1

,

y

= 0.

 

 

 

 

 

 

0

 

4

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.26.

arctg y = 5x +4y,

 

x0

=

y0

= 0.

14.27.

3y = 7 + xy3 ,

 

x

= −4,

y

=1.

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

14.28.

ln y

y

= 2,

x = − 1 ,

y

=1.

 

 

 

x

 

0

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14.29. x2 y2 + x = 5y,

 

x

= y

=

0.

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

14.30. y2 x = cos y,

 

x

= −1,

y

= 0.

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

ТЕМА 12. КАСАТЕЛЬНАЯ И НОРМАЛЬ К ПЛОСКОЙ КРИВОЙ

Пример 12.1. Составить уравнение касательной и нормали к линии y = x3 5x2 +10x 7 в точке M (1, 1).

Решение. Воспользуемся уравнениями касательной и нормали к

плоской кривой y = f (x) в точке M0 (x0 , y0 )

соответственно:

y y0

= f (x0 ) (x x0 ),

 

(12.1)

y y0

= −

 

1

 

(x x0 ).

(12.2)

f (x0 )

 

 

 

 

 

 

Находим производную

f (x):

f (x)= 3x2 10x +10.

Вычисляем значение

f (x) в точке x0 =1:

f (1)= 3.

Подставляя эти значения в формулы (12.1) и ( 12.2) (учитывая,

что y0 = −1) получаем:

y (1)= 3 (x 1) или

3x y 4 = 0

уравнение касательной;

y (1)

= −

1 (x 1)

или

x +3y +2 = 0

 

 

 

 

 

3

 

 

уравнение нормали.

28

Пример 12.2. Составить уравнение касательной к линии, задан-

ной параметрическими уравнениями x = t, y = t2

в точке t0 = 2 .

Решение. Имеем x0

= 2,

y0 = 4 .

 

 

yx =

yt

xt′ =1,

yt′ = 2t yx =

2t

= 2t.

 

;

1

xt

Вычисляем y(x0 )= 2 2 = 4 . Составляем уравнения по форму-

лам (12.1), (12.2):

y 4 = 4 (x 1) или 4x y = 0 – уравнение касательной,

y 4 = − 14 (x 1) или x +4y 17 = 0 – уравнение нормали.

Пример 12.3. Составить уравнения касательной и нормали к линии, заданной неявным уравнением 9x2 +4xy +6y2 8x +16y 50 = 0

в точке M (2;1).

Решение. Дифференцируем данное уравнение

18x +4y +4xy′+12y y′−8 +16y′ = 0 .

Выражаем y:

 

y′ =

8 18x 4y

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

4x +12y +16

 

 

 

Вычисляем y

 

M

 

 

= −

8

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при x0 = 2, y0 =1: yM

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составляем уравнения:

y 1 = −89 (x 2) или 8x +9y 25 = 0 – уравнение касательной, y 1 = 98 (x 2) или 9x 8y 10 = 0 – уравнение нормали.

Задание 15. Составить уравнения касательной и нормали к линии в заданной точке.

15.1.

y = 3x x2 +7,

M (5;3). 15.2. y = x3 +4x +6, M (1;1).

15.3.

y = x ex , M

(0;0). 15.4. y = x +ln(x2 +4), M (0;ln 4).

29

15.5. y = cos3 x, M (π;1).

 

15.6. y = ln2 x,

 

 

M (e;1).

15.7. (x +2)2 +(y 6)2 = 34,

M (1; 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.8. y = x2 7x +3,

M (1;3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.9. y2 + x y +sin y = 0, M (0;0).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x = t +1, y =

 

1

 

t0 =1.

x = t sin t

 

 

 

 

t0

 

15.10.

 

,

15.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

=π .

t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =1cost

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

x = t

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

15.12. y = 4sin 6x,

 

;4

15.13.

 

 

,

 

 

 

t0

= 2.

 

M

2

.

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = et

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

15.14. x2 + y2 25 = 0, M (3;4).

 

x = arcsin

 

 

 

 

 

 

15.15.

2

,

t0

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.16. 2y =1+ xy3 ,

 

M (1;1).

 

15.17. xy2 2 = 0,

 

 

 

M (2;1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.18. y2 = 25x 9,

 

M (1;4).

15.19.

x =

 

 

 

,

 

t0

 

= 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

= 5

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.20. y = x +arctg y, M (1;1).

15.21. x = e

 

,

 

 

t0

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = e4t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

15.22. y = 4ey +4x,

 

M (1;0).

15.23. x = 5cos

t

,

 

t0 = π .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 3sin2 t

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

= arccost

 

 

 

 

15.24. y2 + x2

= sin y, M (0;0).

15.25.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

t0

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

1t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.26.

 

x

+

y

= 2,

 

M (1;1).

 

15.27. x = 6t

 

 

 

 

4,

 

 

 

t0

=1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y = 3t5

 

 

 

 

 

 

 

 

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]