4.2. Дифференцирование функций, заданных неявно

Не всегда функция бывает представлена в виде . Например, уравнениезадает функциюy, которую можно из этого уравнения выразить через :.

Пусть переменные связаны между собой некоторым уравнением

(4.2)

причем y является функцией от x. Тогда говорят, что функция y задана неявно уравнением (4.2).

Не всегда функции, заданные неявно могут быть выражены явно через элементарные функции. Так, из уравнения , которое неявно задает функциюy, нельзя выразить y явно через элементарные функции.

Для того чтобы найти производную y' для функции, заданной неявно уравнением (4.2) надо найти производные по x от обеих частей этого уравнения, помня, что y – функция от x и приравнять эти производные. Из полученного уравнения найти y'.

Пример 4.2. Найти производную функции, заданной неявно уравнением .

Решение.

.

.

Отсюда .

4.3. Дифференцирование функций, заданных параметрически

Рассмотрим задание линии на плоскости, при котором переменные x, y являются функциями третьей переменной t (называемой параметром):

(4.3)

Каждому значению t из некоторого интервала соответствуют определенные значения x и y, а, следовательно, определенная точка Mплоскости. Когда t пробегает все значения из заданного интервала, то точка M описывает некоторую линию L. Уравнения (4.3) называются параметрическими уравнениями линии L.

Если функция на некотором интервале измененияt имеет обратную функцию , то подставляя это выражение в уравнение, получим, которое задаетy как функцию от x.

Пусть ,имеют производные, причем. По правилу дифференцирования сложной функции. На основании правила дифференцирования обратной функции, имеем:

(4.4)

Полученная формула (4.4) позволяет находить производные для функций, заданных параметрически.

Пример 4.3. Пусть функция y, зависящая от x, задана параметрически:

.

Найти .

Решение.

Пример 4.4. Найти , если переменныеисвязаны соотношением

.

Решение.

Явно выразить одну из переменных через другую невозможно, поэтому находим производные левой и правой частей данного равенства и приравниваем их:

.

Далее имеем:

;

.

Перенося слагаемые, содержащие , в одну часть равенства, выносяза скобку, а остальные слагаемые – в другую и деля на коэффициент при, получаем:

.

Пример 4.5. Найти идля функции, заданной параметрически:

.

Решение

;;

; ;

;

.

4.4. Логарифмическое дифференцирование

Рассмотрим показательно-степенную функцию , где,u(x), v(x) – дифференцируемые функции.

Прологарифмируем равенство , получим: (по свойствам логарифмов). Дифференцируем обе части полученного равенства как неявную функцию, помня, что y – функция от x:

,

откуда .

Подставляя сюда , имеем:

.

Этот прием нахождения производной называется логарифмическим дифференцированием.

Пример 4.6. Найти .

Решение.

Вначале прологарифмируем данное равенство

,

и найдем производные от обеих частей полученного равенства, приравнивая их:

Учитывая, что , имеем:

.

Пример 4.7. , (x > 0). Найти производную функции y'.

Решение.

,

или.

5. Производные высших порядков

5.1. Понятие производной высшего порядка

Пусть функцияопределена и дифференцируема на некотором промежуткеX, тогда ее производная также является функцией отx на этом промежутке. Если имеет производную на промежуткеX, то эта производная называется производной второго порядка функции y = f(x) и обозначается: y'' или .

Итак,

Производная от производной второго порядка называется производной третьего порядка и обозначается: y''' или .

Вообще, производной n-го порядка называется производная от производной -го порядка и обозначается:y⁽ⁿ⁾ или f ⁽ⁿ⁾(x). Итак,

f ⁽ⁿ⁾(x) = (f ^(n-1)(x))'.

Производные y'', y''', ... называются производными высших порядков.

Пример 5.1. . Найти и.

Решение.

= =,

= –,

= =,

= ==.

Пример 5.2. Найти производную n-го порядка для функции .

Решение.

,

,

.

По аналогии находим: .