Математика. Дифференциальное исчисление. Ч.I. Функции одной независимой переменной. Учебное пособие
.pdf
|
|
|
|
|
b2 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
y −x |
− |
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
y |
2 |
2 |
2 |
) |
|
|
|
||
|
b2 |
a2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
= − |
|
|
|
y |
= − |
b (a |
|
+b x |
|
. |
|
|
||||||||||
a2 |
|
|
y2 |
|
|
|
|
|
|
a4y3 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Или после упрощения – |
|
d2y |
= |
b4 |
|
, так как из условия сле- |
||||||||||||||||
|
dx2 |
a2y3 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
дует a2y2 + b2x2 = a2b2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Дифференцируя по x последнее равенство, найдем |
d3y |
и так |
||||||||||||||||||||
dx3 |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
далее.
Рассмотрим задачу о нахождении производных высших порядков от функции, заданной параметрически.
Пусть функция у от х задана параметрическими уравнени-
x =j(t),
ями ( ) t0 ≤ t ≤ T, причем функция x = j(t) на отрезке
y =y t ,
[t0,T] имеет обратную функцию t = Ф(x).
Ранее было показано, что производная dxdy определяется равенством dxdy = dydt
dxdt .
Для нахождения второй производной d2y дифференциру- dx2
ем по x равенство, считая, что t есть функция от x:
но
dy d dt =
dt dxdt
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
|
|||||
|
d2y |
= |
d |
|
dt |
|
= |
|
d |
dt |
|
dt |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|||
|
dx2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
dx dx |
|
|
|
dt dx |
|
dx |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|||||
dx d dy |
− |
dy d dx |
|
|
dx d2y |
− |
dy d2x |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
dt2 |
dt dt2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
dt dt dt |
|
dt dt dt |
= |
|
|
, |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dx 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx 2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|||
71
|
dt |
|
1 |
|
d |
2 |
y |
|
dx d2y |
− dy d2x |
|
так как |
= |
, то получим |
|
= |
dt dt2 |
dt dt2 |
. |
||||
|
dx |
|
dx |
|
dx2 |
|
dx 3 |
||||
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
||
Этой формуле можно придать более компактный вид:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d2y |
= |
j′(t)y′′(t)−j′′(t)y(t) |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx2 |
|
|
(j′(t))3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Аналогичным образом находят производные |
d3y |
, |
|
d4y |
и т.д. |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
dx3 |
|
dx4 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Пример 57. Функция у от х задана параметрическими |
||||||||||||||||||||||||||||||
уравнениями x =acost, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y =bsint. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Найти |
dy |
|
d2y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
, |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
dx |
|
dx2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Таккак |
dx |
|
= −asint, |
d2x |
= −acost, |
dy |
=bcost, |
|
d2x |
|
= −bsint, |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
dt2 |
|
dt |
|
|
|
|
|
dt2 |
|
|
|
|
||||
то |
|
dy |
= |
bcost |
= − |
b |
ctgt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
dx |
−asint |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
и |
d2y |
|
= |
(−asint)(−bsint)−(bcost)(−acost) |
= − |
b |
|
|
1 |
|
|
. |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(−asint)3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
dx2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a2 |
sin3 t |
|
||||||||||||
72
ПРИЛОЖЕНИЕ
Производные основных элементарных функций
1) С′=0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2) xa =axm−1; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
3) ( |
|
|
|
)′ = |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
x |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
2 x |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
1 ′ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
4) |
|
|
= − |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
5) (ex )′ =ex; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
6) (ax )′ =ax lna; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
7) (lnx)′ = |
1 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
8) (loga x)′ = |
|
|
1 |
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
xlna |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
9) (sinx)′ =cosx; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
10) (cosx)′ = −sinx; |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
11) (tgx)′ |
= |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
cos2 x |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
12) (сtgx)′ = |
|
1 |
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
sin2 x |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
13) (arcsinx)′ = |
|
|
|
|
1 |
|
; |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
1−x2 |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
14) (asccos x)′ = − |
|
|
1 |
|
|
; |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1−x2 |
||||||
15) (arctg x)′ |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
= |
|
|
; |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
1+x2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
16) (arcctg x)′ = − |
|
|
1 |
|
; |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
1+x2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
73
17) (shx)′ =chx; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
18) (ch x)′ =sh x; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
19) (th x)′ = |
1 |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ch2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
20) (cth x)′ = − |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
sh2x |
|
|
|
|
||||||||||||
21) (arsh x)′ = |
1 |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
1+x2 |
|
|
|
|
|||||||||
22) (arch x)′ = |
1 |
|
|
; |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
x2 −1 |
|
|
|
|
||||||||
23) (arth x)′ = |
1 |
|
, |
|
x |
|
<1; |
|||||||||
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
1−x2 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
24) (arcthx)′ = − |
|
, |
|
|
x |
>1. |
||||||||||
x2 −1 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бугров Я.С., Никольский С.М. Высшая математика. Дифференциальное и интегральное исчисления. М.: Наука, 1980. 464 с.
Виноградова И.А., Олехник С.Н., Садовничий В.А. Задачи и упражнения по математическому анализу. В 2 кн. Кн. 1. Дифференциальное и интегральное исчисление функций одной переменной: учеб. пособие для университетов, пед. вузов / под ред. В.А. Садовничего. 2-е изд., перераб. М.: Высш. шк., 2000. 725 с.: ил.
Данко П.Е., Попов А.Г., Кожевникова Т.Я. Высшая математика в упражнениях и задачах. Ч. 1. М.: Высш. шк., 1999. 304 с.
Демидович Б.П. Сборник задач и упражнений по математическому анализу. СПб.: Мифрил, 1995. 489 с.
Запорожец Г.И. Руководство к решению задач по математическому анализу. М.: Высш. шк., 1966. 460 с.
Ильин В.А., Садовничий В.А., Сендов Бл.Х. Математический анализ. Начальный курс / под ред. А.Н. Тихонова. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1985. 662 с.
Минорский В.П. Сборник задач по высшей математике: учеб. пособие для втузов. 14-е изд., испр. М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2000.
Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. Т. 1–2. М.: Интеграл-Пресс, 2001, 2002. 416 с., 544 с.
Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. 2. М.: Наука, Глав. ред. физ.-мат. лит., 1969. 800 с., ил.
Шипачев В.С. Высшая математика. М.: Высш. шк., 1985.
75
Учебное издание
Адигамов Аркадий Энгелевич Макаров Петр Витальевич Семенова Наталья Вячеславовна Дамиан Флорин Ливич
МАТЕМАТИКА
Дифференциальное исчисление.
Часть I. Функции одной независимой переменной Учебное пособие
Научный редактор Т.А. Кравченко
Корректор Е.Н. Леонова
Верстальщик А.М. Маркин
Подписано в печать 12.03.21 Уч. изд. л. 4,75 Формат 60 × 901/16
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4
Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. 8 (495) 638 44-06
Отпечатано в типографии Издательского Дома НИТУ «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. 8 (495) 638 44-16, 8 (495) 638 44 43
