- •Волжская государственная академия водного транспорта
- •Основные понятия из линейной алгебры и дифференциального исчисления.
- •В. Даль «Толковый словарь…» матричная азбука Основные определения и обозначения
- •Действия с матрицами
- •Определители матриц.
- •Таким образом, по определению для любого натурального n имеем
- •Свойства определителей
- •Обратная матрица
- •Ранг матрицы.
- •Решение систем
- •I. Метод обратной матрицы.
- •II. Правило Крамера.
- •III. Метод Гаусса
- •Векторная азбука Основные определение и обозначения
- •Линейные действия с векторами.
- •Базис и координаты.
- •Система координат «точечного» пространства.
- •Задача о делении отрезка в данном отношении.
- •Правило вычисления векторного произведения
- •Основные приложения векторного произведения
- •Смешанное произведение векторов.
- •Азы аналитической геометрии. Уравнения прямой на плоскости.
- •Угол между прямыми.
- •Расстояние от точки до прямой.
- •Уравнения плоскости в пространстве.
- •Расстояние от точки до плоскости.
- •Уравнение прямой в пространстве.
- •Параметрические уравнения прямой –
- •Канонические уравнения прямой
- •Расстояние от точки до прямой
- •Замечания о взаимном расположении.
- •Кривые второго порядка.
- •Азбука дифференциального исчисления. Переменные величины.
- •Предел переменной
- •«Монотонная и ограниченная последовательность имеет предел»
- •Характеристический признак существования предела.
- •Сравнение бесконечно малых переменных величин.
- •Характеристическое свойство бесконечно малых
- •Непрерывность.
- •Асимптоты функции
- •Свойства непрерывных функций
- •Производные фоункции
- •Правило дифференцирования сложной функции
- •Дифференциал функции.
- •Арифметические свойства дифференциала
- •Производные и дифференциалы высших порядков.
- •Приложения производных к исследованию функций.
- •Азы дифференциального исчисления функции нескольких переменных. Основные определения
- •Производные функции многих переменных.
- •Дифференцирование неявных функций
- •Дифференциал функции двух переменных. Касательная плоскость и нормаль к поверхности.
- •Старшие производные
- •Экстремумы функций двух переменных.
- •Векторная функция скалярного аргумента
- •Задания к контрольной работе № 1
- •Задания на контрольную работу № 2
- •Литература
Дифференциал функции.
Переобзовем приращение независимой переменной х дифференциалом этой переменной, обозначив его как dx, то есть для независимой переменной по определению будем считать
![]()
Теперь
Назовём
дифференциалом
функции у=f(х) выражение
![]()
Обозначив его символом dy или df (х) по определению будем иметь
![]()
![]()
Последняя формула называется «формой» «первого» дифференциала. Забегая вперед приведём и объясним «архиважнейшее» свойство дифференциала - так называемую инвариантность (неизменность) его формы. Итак
Форма дифференциалане зависит(инвариантна) от того,
является лихнезависимой
переменной, или же этах- зависимая
переменная - функция.
Действительно,
пусть
,
то есть у - сложная функция «от t»
По определению дифференциала имеем
.
Но
.
Поэтому
,
то есть опять имеет ту же форму.

Однако
«суть» (а не форма) дифференциала в
этих двух случаях разная. Чтобы это
объяснить выясним сначала геометрический
смысл дифференциала и некоторые
другие его свойства. Из приведенного
ниже рисунка видно, что дифференциал
является частью приращения ∆у. Можно
показать, что dy, есть главная и
линейная часть ∆у. Главная в том
смысле, что разность ∆у – dy есть
величина бесконечно малая высшего,
что ∆х порядка малости, а линейная
в смысле линейности
своей зависимости от ∆х.
Можно сказать также, что дифференциал есть (смотри рисунок) соответствующее приращение ординаты касательной. Теперь объяснима и разница в сути и значении дифференциальной формы при независимом и зависимом аргументе. В первом случае dx есть все приращение ∆х. С помощью определения легко доказываются и
Арифметические свойства дифференциала
;
2.
;
3.
.
Определим теперь
Производные и дифференциалы высших порядков.
По
определению
- вторая производная;
- третья производная и вообще
- n – ая производна функции
.
Примеры
1.
![]()
2.
;
;
...
Точно также по определению
![]()
- третий дифференциал и вообще
- n – ый дифференциал
функции
.
Можно
![]()
показать, что
Примеры:
,
.
Приложения производных к исследованию функций.
В
![]()
Геометрически
(рис. 6) теорема утверждает, что на
соответствующем интервала
найдется точка
такая, что угловой коэффициент
касательной к графику в точке
равен угловому коэффициенту секущей,
проходящей через точки
и
.

Другими
словами, для «куска» графика описанной
в теореме функции, найдется касательная,
параллельная секущей, которая проходит
через граничные точки этого куска.
Из этой теоремы в частности следует
замечательное правило раскрытия
неопределенностей типа
-так
называемой правило маркиза Лопиталя
[L'Hôpital]: Если функции f(x)
и g(x)
дифференцируемы в точке а и некоторой
её окрестности f(а)
= g(а)
= 0, а f'(а)
и g'(а)
не равны нулю одновременно то
.
Замечания:
Можно показать, что 1. Правило применимо
и для раскрытия неопределенности
типа
;
2. Еслиf'(а)
= g'(а)
= 0 или ∞, а f''(а)
и g''(а)
существует и не равны нулю одновременно,
то
.
Пример:

С
помощью теоремы Лангранжа можно
доказать и достачныц признак
монотонности функции:
Если
на интервале (а, b) тоf(x)
возрастает (убывает) на этом интервале.
Следует отметить, что знако постоянство производной является и необходимым признаком монотонности. А уже из этих признаков можно вывести:
а) необходимый признак существования экстремума
Для того чтобы точка х0 была точкой максимума (минимума), необходимо, чтобы f'(x0) либо была равна нулю, либо не существовала. Такие точки х0, в которых f'(x0) = 0 или не существуют называют критическими.
б) достаточный признак существования экстремума:
Если (см. рис.) при переходе через критическую точку х0 производная f'(x) функции меняет знак, то эта точка - точка экстремума. Если, при этом, f'(x) меняет знак с «+» на «- « , то х0 - точка максимума, а если с «-« на «+», то точка х0 - точка минимума.
И наконец, приведем еще один признак, использующий понятие производной. Это
Д
остаточный
признак выпуклости (вогнутости)
графику функции «над» интервалом (а,
b).
Если на интервале (а, b) производная f''(x)>0 то график f(x) вогнут, а если f''(x)< 0, то график является выпуклым «над» этим интервалом.
Полная схема исследования функции может теперь выглядеть следующим образом:
Схема полного исследования функции
Область определения интервала знакопостоянства.
Асимптоты.
Четность, периодичность.
Интервалы монотонности, экстремумы.
Выпуклость, вогнутость.
График функции (с выше найденными контрольными точками).
2. Пример: Исследовать и построить график функции
.

.а)
х
= 4 - вертикальная асимптота;
б)
,
в)
у
= х + 8 - наклонная асимптота,
=

- значит данная функция «общего вида».
Приравнивая производную к нулю и выяснив её знаки на образовавшихся интервалах постоянства, получаем таблицу:
|
х |
-∞, - 2 |
-2 |
-2, 1 |
1 |
1, 4 |
4 |
4, 13 |
13 |
13, ∞ |
|
у' |
+ |
0 |
- |
0 |
+ |
не сущ. |
- |
0 |
+ |
|
у |
возр. |
0,75 |
убыв. |
0 |
возр. |
не сущ. |
убыв. |
32 |
возр. |
|
|
|
|
|
|
|
асс. |
|
|
|
-
точка перегиба.График функции изображен на рисунке.
