- •Пособие по математике
- •Глава 1. Производная
- •§1. Определение производной.
- •§2. Правила дифференцирования
- •1. Дифференцирование явных функций.
- •2. Дифференцирование неявной функции.
- •3. Дифференцирование функций, заданных параметрически.
- •4. Производные высших порядков.
- •§1. Дифференциал функции
- •§2. Правило лопиталя
- •§3. Возрастание и убывание функции. Экстремум функции
- •Глава 2. Приложение производной
- •5. Второе достаточное условие экстремума.
- •3.5. 3.6.
- •3.7. 3.8.
- •§4. Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
- •§5. Выпуклость графика функции. Точки перегиба
- •2. Достаточное условие выпуклости вверх (вниз).
- •4. Необходимое условие точки перегиба.
- •5. Достаточное условие точки перегиба.
- •§6. Исследование функций и построение их графиков
- •6.4. 6.5.
- •6.6. 6.7.
- •6.8. 6.9.
- •§7. Задачи для самостоятельной работы
§2. Правила дифференцирования
Таблица дифференцирования основных элементарных функций
1. Дифференцирование явных функций.
Правила дифференцирования:
- постоянная,
-
дифференцируемые функции:
(2.1)
(2.2)
(2.3)
(2.4)
Производная сложной функции.
Пусть переменная
является функцией от
,
а
,
в свою очередь, является функцией от
:
.
Тогда
являетсясложной
функцией от
независимой
переменной
:
.
Если
и
дифференцируемы, то
(2.5)
Логарифмическая
производная. Логарифмическая
производная используется при
дифференцировании функции
.
Логарифмической производной
называется производная от логарифма
этой функции:
.
Тогда
![]()
Если
,
то
(2.6.)
Таблица дифференцирования основных элементарных функций
(2.7)
(2.8)
(2.9)
(используем формулы
![]()
(2.10)
(
2.11)
(2.12)
(2.13)
(2.14)
(2.15)
(2.16)
(2.17)
(2.18)
(2.19)
(2.20)
(2.21)
2. Дифференцирование неявной функции.
Под неявным
заданием
функции понимают задание функции в
виде уравнения
не разрешенного относительно
.
Если неявная
функция задана уравнением
,
то для нахождения производной
по
достаточно продифференцировать это
уравнение по
,
рассматривая при этом
как функцию от
,
и полученное затем уравнение разрешить
относительно
.
3. Дифференцирование функций, заданных параметрически.
Зависимость между
аргументом
и функцией
задана параметрически в виде двух
уравнений

где
-
вспомогательная переменная, называемая
параметром. Не выражая явно
от
,
можно найти производную
по
:
(2.22)
4. Производные высших порядков.
Производной
-го
порядка (или
-ой
производной) называется производная
от
порядка:
(2.23)
Производные порядка
выше первого называются производными
высших порядков. Обозначения производных
высших порядков функции
![]()
.
2.1. Найти производные функций:
а)
;
б)
;
в)
;
г)
;
д)
.
Решение.
а) Используем правило (2.2), (2.1), и формулу (2.9) получим

.
б) Используя формулы (2.2), (2.9), (2.10), (2.7) имеем
![]()
в) Используя правило (2.3), и формулы (2.11), (2.13) получаем
![]()
г) При вычислении
производной функции, равной произведению
более двух функций, ее представляют в
виде произведения двух функций
:
Дважды используем правило (2.3):
![]()
Используем формулы (2.10), (2.15), (2.9):
![]()
д) Используется правило (2.4), (2.2), (2.1) и формулы (2.19) (2.7), (2.8). Имеем

.
►
2.2. Найти производные функций:
а)
; б)
;
в)
; г)
.
Решение.
В этих примерах рассматриваются производные сложных функций.
а) Введем функцию
,
тогда
.
Используем правило (2.5), и формулу (2.14):.
.
б) Введем функцию
,
тогда
.
Используем правило (2.5), и формулы (2.14), (2,9):
![]()
в) Введем функцию
,
тогда
.
Используем правило (2.5) и формулы (2.10),
(2.17):
.
г) Правило вычисления
производной сложной функции используется
дважды. Введем функцию
,
тогда
и используем формулы (2.5) и (2.16):

Пусть
,
тогда![]()
Используем правило (2.5), и формулу (2.12):
![]()
Тогда
►
2.3. Вывести
формулу вычисления производной функции
,
где
,
-
постоянная.
Использовать
полученную формулу при вычислении
производной функции
.
Решение.
Можно использовать формулу (2.4) или (2.5). Согласно формуле (2.9) имеем
.
Тогда
.Поэтому
(2.24)
2) Введем
,
тогда![]()
Используем формулу
(2.24) и (2.18):
![]()
►
2.4. Найти производные функций
а)
;
б)
![]()
Решение.
а) Основание и
показатель степени являются функциями
от аргумента
.
Используем метод логарифмического дифференцирования:
,
,
;
;

б) Производная вычисляется аналогично примеру. а) Проведем метод логарифмического дифференцирования:
;
;
;
;
;
;
.
►
2.5. Найти производную функции
в точке
.
Решение.
В заданной функции
является
постоянной, а
-
переменной. Используем формулу
,
тогда

Имеем
.
►
2.6. Найти
производную
неявной
функции
![]()
Решение.
Возьмем производную
от левой и правой частей тождества,
учитывая, что
зависит от переменной
:
,
,
,
,
.
Выразим
из уравнения:
.
►
2.7. Найти
производные
,
функции, заданной параметрически.
![]()
Решение.
Найдем производные
от заданных функций по переменной
;
,![]()
Используем формулу
(2.22) для нахождения производной функции
по
:
:
![]()
Найденная производная
является функцией от переменной
.
Получили новую функцию, заданную
параметрически:

Используем формулу (2.22). Тогда
:![]()
Найдем производную
от функции
по переменной
:

Имеем
.
►
2.8. Найти
производную 3-го порядка функции
![]()
Решение. Последовательно дифференцируем функцию:
;
![]()
;
![]()
![]()
![]()
.
►
2.9. Найти
производную
-
го порядка функции
.
Решение. Для
некоторых функций можно вывести формулу
-ой
производной.
Проводится последовательное дифференцирование функции:
;
;

.
►
Найти производные функций:
2.10.
![]()
2.11.
![]()
2.12.
![]()
2.13.
![]()
2.14.
![]()
2.15.
![]()
2.16.
![]()
2.17.
![]()
2.18.
![]()
2.19.
![]()
2.20.
![]()
2.21.
![]()
2.22.
![]()
2.23.
![]()
2.24.
![]()
Найти производные
от неявной функции;
2.25.
![]()
2.26.
![]()
2.27.
![]()
2.28.
![]()
Найти производные функций заданных параметрически:
2.29.
2.30.![]()
2.31.
2.32.
Найти производные второго порядка функций:
2.34.
2.35.![]()
2.36.
2.37.![]()
Найти производные
-го
порядка функций:
2.38.
2.39.![]()
2.40. Показать,
что функция
удовлетворяет
уравнению
![]()
§ 3. Геометрическое, механическое и экономическое приложения производной
1. Геометрический
смысл производной. Если
кривая задана уравнением
,
то
есть угловой
коэффициент касательной к кривой в
точке
.
У
равнение
касательной к кривой
в точке
имеет вид:
,
(3.1)
а уравнение нормали
(3.2)
2. Механический
смысл производной. Пусть
вдоль некоторой прямой движется точка
по закону
,
где
-
пройденный путь,
-
время.Скорость
изменения
пути в момент
равна
.Ускорение
точки в
момент
равно
.
3. Экономический
смысл производной. Пусть
выражает объем производимой продукции
за время
.
Производная объема произведенной
продукции по времени
естьпроизводительность
труда в
момент
.
Эластичность
функции
определяется с помощью соотношения
(3.3)
Эластичность функции приближенно показывает, на сколько процентов изменится одна переменная в результате изменения другой переменной на 1%.
Если эластичность
спроса (по абсолютной величине)
,
то спрос считается эластичным, если
- нейтральным, если
-
неэластичным относительно
-
цены (или дохода).
3.1. Составить
уравнение касательной и нормали в точке
к кривой, заданной неявно
.
Решение. Задана
точка
,
в которой проводится касательная к
кривой. Тогда,
.
Найдем производную неявно заданной
функции:
,
,
.
Определим производную в заданной точке:
.
Используем уравнение касательной (3.1)
,
![]()
Используем уравнение нормали (3.2)
![]()
.
►
3.2. Составить
уравнение касательной к графику функции
,
параллельной прямой
.
Решение. Угловой
коэффициент данной прямой
.
Поэтому точка
кривой
,
в которой касательная параллельна
данной прямой, находится из уравнения
.
Тогда
,
откуда
.
Определяются значения функции в найденных
точках:
,
.
Уравнение касательной к кривой в точке
имеет вид
,![]()
Уравнение касательной
к кривой в точке
имеет вид:
,
.
►
3.3. Тело
движется прямолинейно по закону
.
Определить скорость и ускорения тела
в момент времени![]()
Решение. Найдем
первую и вторую производную функции
:
,
.
Находим скорость
движения тела в момент времени
:
.
Определим ускорение
движения тела в момент времени
![]()
.
►
2.4. Объем
производства описывается уравнением
.
Вычислить производительность труда в
момент![]()
Решение. Определим
производную в момент
:
,
.
Производительность
труда в момент
равна
.
►
2.5.
Определить эластичность функции спроса
,
где
-
цена единицы товара. Выяснить при каких
значениях цены спрос является эластичным,
нейтральным и неэластичным.
Решение. По формуле
(3.3) определим эластичность
.
Спрос нейтрален,
если
.
Решая это уравнение, имеем
.
Решение проводится при условии
.
При
,
выполняется неравенство
и спрос является эластичным
при
выполняется неравенство
и спрос уже будет неэластичным. ►
Составить уравнение касательной и нормали к кривой в указанных точках:
2.6.
![]()
![]()
2.7.

![]()
2.8.
![]()
![]()
2.9.
![]()
![]()
2.10.
Издержки производства
зависят от объема продукции
и вычисляются по формуле
.
Найти предельные издержки
.
2.11.Найти
эластичность функций
,![]()
§ 4. Задачи для самостоятельной работы.
1. Используя
определение производной, найти производные
функций
:
1.1.
;
1.3.
;
1.2.
;
1.4.
;
2. Используя основные правила дифференцирования и таблицу дифференцирования основных элементарных функций, найти производные следующих функций
2.1.
2.2.![]()
2.3.
2.4.![]()
2.5.
2.6.![]()
2.7.
2.8.![]()
2.9.
2.10.![]()
2.11.
2.12.![]()
2.13.
2.14.![]()
2.15.
![]()
3. Найти значения
производных
в точке
для следующих неявно заданных функций:
3.1.
;
3.2.
;
3.3.
;
3.4.
;
4. Используя понятие логарифмической производной, найти производные следующих функций:
4.1.
;
4.2.
;
4.3.
.
5. Найти производную
следующих функций, заданных параметрически,
в точке, для которой![]()
5.1.
;
5.2.
;
6.Найти производные второго порядка для функций:
6.1.
;
6.2.
;
6.3.
;
6.4.
;
7.Показать, что
функция
удовлетворяет уравнению
.
8. Составить
уравнение касательной к кривой
;
а) параллельной прямой
;
б) перпендикулярных прямой
![]()
9.Составить уравнение
касательной и нормали к графику функции
в точке![]()
10.Задачи функции
спроса
и предложения
,
где
-
цена. Найти значения эластичной этих
функций в точке равновесия.
