dlja_agro

4. Диференціал функції.

Озн. Функція називається диференційованою в точці х, якщо її приріст в цій точці можна подати у вигляді: f x A x x x, x x, де A x – дійсне чис-

ло, а lim x, x 0.

x 0

Маючи таке означення можна сформулювати необхідну і достатню умову диференційованості функції.

Теорема: Щоб функція f x була диференційована у точці х0 , необхідно і достатньо, щоб вона в цій точці мала похідну.

Озн. Якщо функція f x диференційована у точці х0 , то вираз f x х на-

зивають диференціалом даної функції у точці х і позначають df x або dy.

5. Особливі випадки диференціювання.

а) Похідна неявної функції.

Якщо функція задана неявно f xy a, необхідно знайти похідну від лівої та правої частини, пам’ятаючи, що y є деякою функцією від x.

Приклад: Знайти похідну функції sin(x y) ln(x y) 4.

Дана функція задана неявно, тому знаходимо похідну від лівої та правої частини, пам’ятаючи, що y є деякою функцією від x:

(sin(x y) ln(x y))' 4'

cos(x y)

x y

б) Похідна функції, заданої параметрично.

51

в) Похідна показникової функції.

Для знаходження похідної, що подана у вигляді f (x) u(x)v(x) необхідно

про логарифмувати функцію зліва та справа за основою е і перейти до знаход-

ження похідної добутку.

г) Похідна логарифмічної функції.

Якщо функція подана у вигляді log х х необхідно перейти до нової ос-

52

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ 7.

Основні правила та формули диференціювання

Знайти похідні вказаних функцій:

Знайти похідні функцій, користуючись формулою частки:

53

ЛЕКЦІЯ 8.

Застосування похідної

1.Застосування диференціалу до наближеного обчислення функції.

2.Означення максимуму та мінімуму функції.

3.Знаходження асимптот графіка функції.

4.Застосування похідної до дослідження динаміки функції.

1. Застосування диференціалу до наближеного обчислення функції.

Для більшості функцій існують значення x, при яких обмеження самої функції

викликає певні труднощі. Наприклад: 37 , sin320 , 21,73 тощо. Нехай x0 − одне із

значень, для якого y0 f (x0 ) обчислюється елементарно. Існує x1 значення, для

якого y1 f (x1) знаходиться з великими труднощами (великий об’єм обчислень).

Величина x1 відрізняється від x0 на величину x; x1 x0 x. Тоді між y0 та y1

існує свій приріст y, тобто y1 y0 y. Якби ми знали значення y, то y1 мог-

ли б знайти без проблем. З поняття диференціала відомо, що при малих значен-

точність якої збільшується зі зменшенням x.

Приклад: Знайти наближено значення функції:

а) у 35х2 10х 5 при х 4,03.

б) sin63 .

Розв’язання:

Значення функції обчислимо за формулою: у у х0 у х0 х.

а) у 35х2 10х 5 при х 4,03. Нехай х0 4, тоді х х х0 0,03.

55

у 60 cos60 1 0,5; 2

sin60 у х0 у х0 х 0,866 0,5 0,052 0,892.

2. Означення максимуму та мінімуму функції.

Функція f(х) має в точці х = х0 максимум, якщо значення функції в цій точці більше, ніж її значення вусіх точках,достатньо близькихдо х0.

Тобто, функція f(х) має максимум при х = х0, якщо f(х0+Δх) < f(х0), для будь-

якого х – як додатного, так і від’ємного, але достатньо малих за абсолютною ве-

личиною.

Функція f(х) має в точці х = х0 мінімум, якщо значення функції в цій точці менше, ніж її значення в усіх точках, достатньо близьких до х0. Тобто, функція f(х)

має мінімум при х = х0, якщо f(х0+Δх) > f(х) ,для будь-якого х – як додатного,

так і від’ємного, але достатньо малих за абсолютноювеличиною.

Якщо в деякій точці функція має максимум або мінімум, то говорять, що в цій точці має місце екстремум.

Слід пам’ятати:

1. Максимум (мінімум) не являється обов’язково найбільшим (найменшим)

значенням, що приймає функція. Поза розглянутого околу точки х0 функція може прийматибільші(менші)значення,ніжв цій точці.

2.Функціяможе мати,.декількамаксимумів і мінімумів.

3.Функція, що визначена на відрізку, може досягнути екстремуму тільки у

56

внутрішніх точках цього відрізка.

Необхіднаумоваекстремуму.

Якщо функція f(х) має екстремум при х = х0, то її похідна в цій точці

дорівнює нулю, або нескінченості, або взагалі не існує. Із цього слідує, що точки ек-

стремуму функції необхідно знаходити тільки серед тих, в яких її перша похідна f ′(х) = 0, або не існує. Слід уяснити, що вказана ознака екстремуму є тільки необхідною, але не достатньою.

Вкажемо дві достатні умови існування екстремуму функції.

Першадостатняумоваіснуванняекстремумуфункції.

Нехай точка х = х0 є критичною точкою функції f(х), а сама функція f(х) не-

перервна та диференційована у всіх точках деякого інтервалу, який містить цю точ-

ку. Тоді:

1. Якщо при х < х0 похідна функції f ′(х) >0, а при х > х0 f ′(х) < 0, то при х

= х0 має місце максимум, тобто якщо при переході зліва направо через критичну

точку перша похідна змінює знак з плюса на мінус, то в цій точці функція досягає максимуму.

2. Якщо при х < х0 похідна функції f ′(х) < 0, а при х > х0 f ′(х) >0, то при х

= х0 має місце мінімум, тобто, якщо при переході через критичну точку перша похідна функції змінює знак з мінуса на плюс, то в цій точці функція досягає

при х = х0 має місце максимум, якщо f ′′(х)< 0, та мінімум, якщо f ′′(х)> 0. Якщо

57

ж f ′′(х) = 0, то необхідно розглянути першу достатню умову існування екстрему-

му.

Правило для дослідження функції на екстремум за допомогою першої похідної (перший спосіб).

Для дослідження функції на екстремум за першою похідною необхідно: 1. Знайти f ′(х) – першу похідну функції.

2. Розв’язати рівняння f ′(х) = 0, а також визначити ті значення х, при яких f ′(х) = ∞ або не існує (тобто: знайти критичні точки функції f (х)).

3.Всі критичні точки розташувати на числовій осі в порядку зростання їх абсцис.

4.В середині кожного із утворених інтервалів взяти будь-яку точку і вста-

новити в цій точці знак першої похідної функції (похідна зберігає знак в кожно-

му інтервалі між двома сусідніми критичними точками).

5. Розглянути знак f ′(х) в двох сусідніх точках, переходячи послідовно зліва направо від першого інтервалу до останнього. Якщо при такому переході знаки f ′(х) в двох сусідніх інтервалах різні, то екстремум в критичній точці є, і буде максимум, якщо знак змінюється з + на –, а мінімум, якщо знак змінюється з – на +. Якщо ж в двох сусідніх інтервалах має місце збереження знаку першої похідної, то екстремуму в розглянутій критичній точці немає.

6. Знайти значення функції в точках, де вона досягає екстремуму

(екстремальні значення функції).

Правилодлядослідженняфункціїнаекстремумзадругоюознакою

(другий спосіб)

Длятого,щобдослідитинаекстремумзадругоюпохідною,необхідно:

1.Знайти f ′(х) – першу похідну функції.

2.Розв’язати рівняння f ′(х) =0.

3.Знайти f "(х) – другу похідну функції.

58

4. Дослідити знак f "(х) – другої похідної функції в кожній точці, що знай-

дено в пункті 2.

Якщо в розглянутій точці f "(х) > 0, то в цій точці буде мінімум, а якщо f "(х) < 0, то в цій буде максимум. Якщо в розглянутій точці f "(х) = 0, то дослідження необхідно провести за правилом першої похідної.

3. Знаходження асимптот графіка функції.

Озн. Асимптотою кривої називається така пряма, до якої необмежено наближається точки кривої при необмеженому віддаленні її від початку координат.

Крива може наближатися до своєї асимптоти тими ж способами, як і змінна до своєї границі: залишаючись з однієї сторони від асимптоти або з різних сторін, кілька раз

→ а – 0 або при х → а + 0 функція прямує до нескінченості (того чи іншого зна-

ку), то пряма х = а являється вертикальноюасимптотою;

б) Крива у = f (х) має горизонтальну асимптоту у = b тільки в тому випадку,

коли існує скінчена границя функції f (х) при х → ∞ або х → –∞, і ця границя

дорівнює b, тобто, якщо lim f x b або lim f x b.

x x

в) Для знаходження похилої асимптоти у kх b необхідно знайти невідомі коефіцієнти k і bза формулами:

4. Застосування похідної до дослідження динаміки функції.

Загальне дослідження функції та побудову їх графіків зручно використовува-

ти за наступноюсхемою:

59