Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
сборник заданий по матем часть1.pdf
Скачиваний:
514
Добавлен:
20.02.2016
Размер:
3 Мб
Скачать
☆

Раздел III. Дифференциальное исчисление функции одной переменной

Глава 6. Производная и дифференциал

6.1. Определение производной. Правила дифференцирования

Приращением функции y = f (x) в точке x0 при соответствующем при-

ращении ∆x аргумента x называется разность ∆y(x0 ; ∆x) = f (x0 + ∆x) − f (x0 )

(рис. 6.1).

y

 

 

y = f (x)

 

f (x0 + ∆x) •

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x0 ) •

•

 

 

 

 

 

 

∆x

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

•

•

 

 

 

 

x0

x0 + ∆x

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 6.1

 

 

 

 

Если существует конечный предел lim

∆y(x0 ;∆x)

, то его значение назы-

вается производной функции

y = f (x)

∆x→0

 

∆x

 

в точке x0 , а сама функция называется

дифференцируемой в точке x0 .

Для производной используются следующие обозначения: y′(x0 ), f ′(x0 ) ,

dy(x0 ) , df (x0 ) и др. dx dx

Нахождение производной называют дифференцированием функции. Чис-

ла

f+′(x0 ) = lim

∆y(x0 ;∆x)

и

f−′(x0 ) = lim

∆y(x0

;∆x)

называются соответ-

∆x

∆x

 

∆x→+0

 

∆x→−0

 

ственно правой и левой производными функции y = f (x) в точке x0 . Для существования производной функции в точке x0 необходимо и достаточно, чтобы ее односторонние производные существовали и были равны f+′(x0 ) = f−′(x0 ) .

215

Таблица производных основных элементарных функций

1.(xα )′ =α xα−1, α ≠ 0 .

2.(a x )′ = a x ln a, a > 0, a ≠1.

3.(ex )′ = ex .

4. (loga x)′ = x ln1 a , a > 0, a ≠1.

5.(ln x)′ = 1x .

6.(sin x)′ = cos x .

7.(cos x)′ = −sin x.

8.(tgx)′ = cos12 x .

9.(ctgx)′ = −sin12 x .

10.

 

′

 

′

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(arcsin x)

= −(arccos x)

= 1− x2 .

 

 

11. (arctgx)′ = −(arcctgx)′ = 1+1x2 .

Правила дифференцирования

Пусть y = f (x) и y = g(x) – некоторые дифференцируемые функции, с – постоянная величина. Тогда:

1.(c)′ = 0.

2.(c f )′ = c f ′.

3.( f ± g)′ = f ′± g′.

4.

( f g)′ = f ′ g + f g′.

 

 

′

f

′

g − f g

′

 

5.

 

f

=

 

 

, g ≠ 0.

 

 

 

g 2

 

 

g

 

 

 

 

216

Пример 6.1. Исходя из определения, найти производную функции y = x3 . Р е ш е н и е. Найдем

∆y(x0 ;∆x) = (x0 + ∆x)3 − x03 = 3x02∆x +3x0 (∆x)2 +(∆x)3 . Вычислим предел:

lim

∆y(x

;∆x)

= lim

3x2

∆x +3x

 

(∆x)2

+(∆x)3

+3x0∆x +(∆x)2 ) = 3x02 .

0

 

0

 

0

 

= lim (3x02

∆x→0

∆x

∆x→0

 

 

∆x

∆x→0

 

Следовательно, (x3 )′ = 3x2 .

Пример 6.2. Найти производные следующих функций, используя таблицу производных и правила дифференцирования:

1)y = x3 x ,

2)3sin x − x 2x ,

3)5 1 x ,

2

4)x2 cos x ,

5)lnxx .

Ре ш е н и е.

1

7

 

1) Представим y = x3

 

в виде степенной функции y = x3 x 2

= x 2

и

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

′

 

 

7

7

−1

 

7

5

воспользуемся табличной производной (1)

 

 

 

2

 

 

= 2 x

2

 

=

2 x

2

y′ = x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2) y′ = (3sin x −

 

 

 

 

)′ = (правило 3)

=

 

(3sin x)′

 

 

 

 

 

=

(правило 2) =

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

3

 

 

 

−

3

−5

= 3cos x +3x

−

5

 

 

 

 

 

 

 

 

=3(sin x)′−2 x

 

2

 

= 3cos x −2

 

x

2

 

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x ′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1 x

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

5

 

ln

 

.

 

 

 

 

 

 

3) y′ =

 

= (правило 2) = 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

4)

y′ = (x2 cos x)′= (правило 4) = (x2 )′ cos x + x2 (cos x)′ = 2x cos x − x2 sin x .

 

ln x

′

(ln x)′x −ln x(x)′

 

1 x −ln x 1

 

1−ln x

 

 

 

 

x

 

 

 

5)

y′ =

 

= (правило 5) =

x2

=

 

=

x2

.

x2

 

 

x

 

 

 

 

217

Пример 6.3. Найти производную функции y = x2 −5x + 4 в точках x0 = 0

иx0 = 4 .

Ре ш е н и е. Найдем производную y′ = 2x −5, а затем найдем значение

производной в указанных точках. y′(0) = 2 0 −5 = −5; y′(4) = 2 4 −5 = 3.

Задачи для самостоятельного решения

Найти приращение функции ∆y(x0 , ∆x).

6.1.y = x2 +3x +1, x0 =1, ∆x = 0,1;

6.2.y = 1x , x0 = 2 , ∆x = 0,2 ;

6.3.y = x , x0 = 4 , ∆x = 0,41;

6.4.y = lg x , x0 =10, ∆x = 0,3.

Найти производные указанных функций, исходя из определения производной.

6.5.

y = 3x + 2 ;

6.6.

y = x2 −2x +3;

 

6.7.

y = sin x ;

6.8.

y = log2 x ;

6.9. y = x−2 .

6.10. Показать, что производная функции y = x в точке x = 0 не существует.

Найти производные указанных функций, используя правила дифференцирования и таблицу производных.

6.11. y = x3 −4x2 +5x −3;

 

 

 

6.12.

y =

x6

 

−4x4 + 2x2 +11;

 

 

 

 

 

 

 

3x +5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.13. y =

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.14.

y = (2x −3)2 ;

 

 

 

 

 

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.15. y = 4

 

x −

+

;

 

 

 

 

6.16.

y =

 

−

+

 

;

 

 

x2

 

x

 

 

 

 

 

 

x

 

x2

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.17. y = 63

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

3

 

 

 

 

x2

+84

 

x

3

−

 

 

 

 

 

;

6.18. y =

 

 

 

−

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

x

 

 

 

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.19. y = 3cos x −2sin x ;

 

 

 

 

 

 

 

6.20. y = tgx +ctgx ;

 

6.21. y = 6 2x +3 4x ;

 

 

 

 

 

 

 

6.22. y = x2 cos x ;

 

 

6.23. y = (2x +3)sin x ;

 

 

 

 

 

 

 

6.24. y = (x2 + 2x +3)ex ;

6.25. y = (3x −2)ln x ;

 

 

 

 

 

 

 

6.26. y = cos x ex ;

 

 

6.27. y = x arcsin x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.28. y = (x2 +1)arctgx ;

218