14-es / Высшая математика (РТФ) / умк_Вакульчик_Элементы линейной алгебры
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
x7 cos |
x |
= x7 |
1 - |
(x 3 ) |
+ (x 3 ) |
|
- ... |
|
= x7 - |
|
|
x3 |
|
|
|
+ |
|
x4 |
- |
|
x13 |
|
+ |
x15 |
-…, |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
8 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
2! |
|
|
4! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
× 2! |
|
|
6 |
× 6! |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
× 4! |
3 |
|
3 ×8! |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
так как |
|
|
|
f (15) (0) = c |
×15!, |
то f (15) (0) = |
15! |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
388! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
2) |
|
Найти f (n) (-2), |
|
f (x) = |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
x |
2 + 4x + 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
∞ |
|
|
|
|
|
|
2n |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
= |
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
∑ (-1)n ( |
x+2 |
) |
|
|
= |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
x |
+ 4x + 8 (x |
+ 2) |
+ 4 |
|
|
4 ( |
x+2 |
) |
+1 |
|
|
4 n=0 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∞ |
|
( |
- |
1)n |
(x + 2)2n . Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
-1)n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
= ∑ |
|
|
|
|
|
|
c |
= |
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
c |
= 0, |
|
n =1, 2,... |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
n=0 22(n+1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n |
|
|
|
|
22(n+1) |
|
|
|
|
|
2n−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (2n) (-2) = c |
|
(2n)! = |
(-1)n × (2n)! |
, |
|
|
|
f (2n −1) (-2) = 0. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22(n +1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.20. Графическое дифференцирование (интегрирование) (информация для самостоятельного изучения)
Задача 1. Дан график функции y = y ( x) . Найти график ее произ-
водной.
y
y = y(x)
A
0 |
x0 |
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
x5 |
x6 |
x7 |
x8 |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y’(x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
232
1. Разбивают интервал на части точками (x1, x2, x3, …).
2. В точках с абсциссами x1, x2, x3, … строят касательные к графику функции y = y ( x) .
3.На оси абсцисс берут точку А с координатами (–1, 0). Проводят через точку А прямые, параллельные полученным касательным.
4.Производные в точках равны тангенсу углов между осью Ох и касательной, а тангенсы равны отрезкам, отсекаемым от оси ординат пря- мыми, проходящими через точку А.
Задача 2. |
По |
графику |
|
производ- |
у’ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ной y′ выяснить вид графика функции |
у |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
на промежутке [0, 5], если у(0) = – 1. |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
1 2 3 4 5 х |
||||||||||||||
Из графика |
y′ видно, что знаки |
y′ |
–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
на интервале (0, 5) распределены следующим образом: |
|||||||||||||||||
y' |
|
– |
+ |
|
+ |
|
– |
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
y |
0 |
1 |
|
2 |
- |
|
3 |
4 |
|
5 |
|
x |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
xmin = 1, |
|
|
xmax = 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исследуем функцию на выпуклость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
y′′ = ( y′)′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
x (4, 5) , y′′ = 0 , y′ = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
x = 2 – |
точка перегиба. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
y” |
|
+ |
+ |
|
– |
|
– |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
y |
0 |
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
|
5 |
|
x |
∩
у
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
х |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
||||||
|
|
–1
233
ВЫВОДЫ
К понятию производной приводит задача:
−вычисления скорости в данный момент времени при неравномер- ном движении,
−о проведении касательной к плоской кривой в некоторой ее точке,
−об определении силы тока в данный момент времени, если заряд распределен неравномерно во времени и т.п.
Можно говорить о скорости накопления биомассы, о скорости хими- ческой реакции, скорости нагревания и остывания тела, скорости переме- щения потоков жидкости или воздуха. Таким образом, к производной при- водят многочисленные задачи из различных областей теории и практики, в
которых требуется определить скорость изменения процесса.
Действие нахождения производной называется дифференцировани- ем. Общее правило дифференцирования дает возможность получить гото- вые формулы для нахождения производных основных элементарных функций. Используя это правило, а затем правило дифференцирования сложной функции, получены формулы для вычисления производной слож- ной функции.
Среди многих задач, решаемых с помощью производных, наиболее важной является задача нахождения экстремума функции и связанная с ней задача нахождения наибольшего (наименьшего) значения производ- ственных функций. Задача об организации производственного процесса с целью получения максимальной прибыли и другие задачи, связанные с поиском оптимального решения, приводят к развитию и усовершенство- ванию методов отыскания наибольших (наименьших) значений. Решени- ем таких задач занимается особая ветвь математики – линейное програм- мирование.
Большую роль при изучении функциональной зависимости (а значит, процесса) играет формула Тейлора, которая позволяет исследование диф- ференцируемой функции свести к работе с многочленом.
234
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Учебно-информационный блок для проведения практических занятий
|
Тема занятия |
|
|
Тип занятия |
|
Кол-во |
|||||
|
|
|
|
час |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I. Производные элементарных функций. |
|
Повторение |
и |
обобщение |
|
||||||
Таблица производных. Производные сум- |
|
имеющихся знаний. Усвоение и |
|
||||||||
мы, произведения и частного. Бесконечная, |
|
закрепление |
|
изученного на |
2 |
||||||
левая и правая производные функции в |
|
лекции нового материала |
|
||||||||
точке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II. Производная сложной функции. Ло- |
|
Углубление |
и |
расширение |
|
||||||
гарифмическая производная |
|
|
полученных |
знаний. |
Усвоение |
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
нового материала. |
Текущий |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
контроль |
|
|
|
|
|
III.Дифференцирование параметрически |
|
Усвоение и закрепление но- |
|
||||||||
заданных и неявных функций. Производ- |
|
вого материала. Текущий кон- |
2 |
||||||||
ные высших порядков |
|
|
троль |
|
|
|
|
|
|||
IV. Касательная и нормаль к графику |
|
Углубление |
и |
расширение |
|
||||||
функции. Применение дифференциала в |
|
полученных |
знаний. |
Обобще- |
2 |
||||||
приближенных вычислениях |
|
|
ние и применение полученных |
||||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
знаний. Текущий контроль |
|
||||
V. Теоремы Ролля, Коши, Лагранжа |
|
Усвоение и закрепление ново- |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
го материала. Текущий контроль |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
VI. |
Правило Лопиталя (неопределенно- |
|
Усвоение и закрепление но- |
|
|||||||
|
0 |
∞ |
|
|
вого материала. |
Применение |
|
||||
сти вида 0 ×¥, |
|
, ¥ , степенные неопреде- |
|
полученных |
знаний. |
Текущий |
2 |
||||
0 |
|||||||||||
ленности 0∞ , ¥0 ,1∞ ) |
|
|
контроль |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
VII. Условия |
возрастания и |
убывания |
|
Углубление, обобщение, сис- |
|
||||||
функций. Достаточные условия локально- |
|
тематизация и применение по- |
|
||||||||
го экстремума. Нахождение наибольших и |
|
лученных знаний |
|
|
2 |
||||||
наименьших значений функции на отрезке. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Выпуклость и вогнутость. Точки перегиба |
|
|
|
|
|
|
|
||||
VIII. |
. Вертикальные и наклонные асим- |
|
Повторение |
и |
обобщение |
|
|||||
птоты графика функции. Общая схема ис- |
|
имеющихся знаний. Усвоение и |
2 |
||||||||
следования и построения графика функции |
|
закрепление нового материала. |
|||||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Текущий контроль |
|
|
|
||
IX. |
Физические и механические при- |
|
Углубление, обобщение, сис- |
|
|||||||
ложения дифференциального исчисления |
|
тематизация и применение по- |
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
лученных |
знаний. |
Текущий |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
контроль |
|
|
|
|
|
X. Дифференциалы высших |
порядков. |
|
Углубление, обобщение, сис- |
|
|||||||
Формула Тейлора, ее приложение к при- |
|
тематизация и применение по- |
2 |
||||||||
ближенным вычислениям |
|
|
лученных |
знаний |
|
Итоговый |
|||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
контроль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
235 |
|
|
|
|
|
|
Используемая литература
1.Бугров, Я.С. Дифференциальное и интегральное исчисление / Я.С. Буг- ров, С.М. Никольский. – М. : Наука, 1980.
2.Гусак, А.А. Справочник по высшей математике / А.А. Гусак, Г.М. Гу- сак. – Мн. : Навука і тэхніка, 1991.
3.Задачник по курсу математического анализа: учеб. пособие для студ. заочных отделений физ.-мат. факультетов педин-тов / Н.Я. Виленкин, К.А. Бохан, И. А. Марон и др.; под ред. Н.Я. Виленкина. – М. : Про- свещение, 1971.
4.Методические указания по типовому расчету по теме «Исследование функции одной переменной и построение ее графика» курса «Высшая математика» / Е.А. Куприянович. – Новополоцк: НПИ, 1990.
5.Методическое пособие с трехуровневыми заданиями для организации самостоятельной работы студентов всех специальностей по теме «Диф- ференциальное исчисление функции одной переменной» / В.С. Вакуль- чик, В.А. Жак, В.М. Кулага, Н.В. Цывис, Ф.Ф. Яско. – В 2-х частях. Ч. 1. – Новополоцк: ПГУ, 1999.
6.Методическое пособие с трехуровневыми заданиями для организации самостоятельной работы студентов всех специальностей по теме «Диф- ференциальное исчисление функции одной переменной» / В.С. Вакуль- чик, В.А. Жак, В.М. Кулага, Н.В. Цывис, Ф.Ф. Яско. – В 2-х частях. Ч. 2. – Новополоцк: ПГУ, 1999.
7.Мышкис А.Д. Лекции по высшей математике / А.Д. Мышкис. – М.:
Наука, 1973.
8.Пискунов, Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление / Н.С. Пискунов. В 3 томах. Т. 1. – М.: Наука, 1978.
9.Пушкарева, Т. М. Дифференциальное исчисление функции одной пе- ременной. Программированный задачник для студентов втузов / Т. М. Пушкарева, Н. Н. Третьякова и др. – Мн. : Минский радиотехниче- ский институт, 1989.
10.Сборник задач по математике для втузов. Линейная алгебра и основы математического анализа / под ред. А.В. Ефимова, Б.П. Демидовича. –
М.: Наука, 1986.
236
2. |
Дифференцирование функции, заданной явно |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Таблица производных |
|
|
|
|
|
|
|
||||
1. |
(un )¢ = n ×un−1 ×u¢ ; |
12. |
(ln u )¢ = 1 ×u¢ . |
|
|
|
|||||||||||
|
x′ = 1; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u |
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
13. |
(arcsin u )¢ = |
1 |
|
×u¢ ; |
||||||||
3. ( |
u )¢ = 1 ×u¢ ; |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1- u2 |
|
||||||||
|
|
2 |
u |
|
14. |
(arccos u )¢ = - |
|
1 |
×u¢ ; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
1 ¢ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4. |
|
1 |
|
×u¢ ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1- u2 |
|||
|
= - |
u2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
|
u |
|
|
15. |
(arctg u )¢ = |
×u¢ ; |
|||||||||||
5. |
(sin u )¢ = cos u ×u¢ ; |
1+ u2 |
|||||||||||||||
|
(cos u )¢ = -sin u ×u¢ ; |
16. |
(arcctg u )¢ = - |
1 |
×u¢ ; |
||||||||||||
6. |
1+ u2 |
||||||||||||||||
|
|
¢ |
|
|
1 |
|
17. |
( |
sh u ¢ |
= ch u ×u¢; |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
7. |
(tg u ) = cos2 u ×u¢; |
|
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
18. |
(ch u )¢ = sh u ×u¢; |
|
||||||||
8. |
(ctg u )¢ = - sin2 u |
×u¢ ; |
19. |
(th u )¢ = |
1 |
×u¢; |
|
||||||||||
9. |
(au )¢ = au ×ln a ×u¢; |
|
|
|
|
|
|
ch2 u |
|
|
|
||||||
20. |
(cth u )¢ = - |
1 |
×u¢ . |
||||||||||||||
|
(eu )¢ = eu ×u¢ ; |
|
sh2 u |
||||||||||||||
10. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Правила дифференцирования |
||||||||||||||||
|
(loga u )¢ |
|
|
1 |
|
||||||||||||
11. |
= |
|
×u¢ ; |
1. |
(u ± v)¢ = u¢ ± v¢; |
|
|
||||||||||
u ×ln a |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
2. (u ×v)¢ = u¢v + v¢u ; |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3. |
u ¢ |
= |
u¢v - v¢u |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
2 |
; |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
4. |
(cu )¢ = cu¢; |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
5. |
(c)¢ = 0 , c = const . |
|
Обучающая задача. Найти производную функции
y = 2ex sin x − x + 3 tg x
Решение: Воспользуемся правилами дифференцирования и табли- цей производных.
′
y′( x) = 2(ex sin x)′ − x + 3 =
tg x
239