- •Переменные и постоянные величины
- •Упорядоченная переменная величина. Числовая последовательность
- •Функция
- •Понятие предела числовой последовательности
- •Примеры.
- •Примеры.
- •Односторонние пределы
- •Первый замечательный предел
- •Примеры:
- •Точки разрыва и их классификация
- •Примеры.
- •Свойства функций, непрерывных на отрезке
- •Геометрический смысл производной
- •Примеры.
- •Основные правила дифференцирования
- •Теорема о производной сложной функции
- •Теорема о производной обратной функции
- •Геометрический смысл дифференциала
- •Теорема об инвариантности дифференциала
- •Применение дифференциала к приближенным вычислениям
- •Примеры.
- •Дифференциалы высших порядков
- •Производная неявной функции
- •Примеры.
- •Теоремы о дифференцируемых функциях
- •Разложение по формуле маклорена некоторых элементарных функций
- •Теорема 1. (Необходимое и достаточное условия возрастания функции)
- •Наибольшее и наименьшее значения функции на отрезке
- •Асимптоты графика функции
- •Вертикальные асимптоты
- •Гиперболические функции
Примеры.
-
Рассмотрим функцию y=|x|. Эта функция непрерывна в точке x = 0, т.к. .
Покажем, что она не имеет производной в этой точке.
f(0+Δx) = f(Δx) = |Δx|. Следовательно, Δy = f(Δx) – f(0) = |Δx|
Но тогда при Δx< 0 (т.е. при Δx стремящемся к 0 слева)
А при Δx > 0
Т.о., отношение при Δx→ 0 справа и слева имеет различные пределы, а это значит, что отношение предела не имеет, т.е. производная функции y=|x| в точке x= 0 не существует. Геометрически это значит, что в точке x= 0 данная "кривая" не имеет определенной касательной (в этой точке их две).
-
Функция определена и непрерывна на всей числовой прямой. Выясним, имеет ли эта функция производную при x= 0.
Следовательно, рассматриваемая функция не дифференцируема в точке x= 0. Касательная к кривой в этой точке образует с осью абсцисс угол p/2, т.е. совпадает с осью Oy.
Производные элементарных функций.
-
y = xn. Если n – целое положительное число, то, используя формулу бинома Ньютона:
(a + b)n = an+n·an-1·b + 1/2∙n(n – 1)an-2∙b2+ 1/(2∙3)∙n(n – 1)(n – 2)an-3b3+…+ bn,
можно доказать, что
Итак, если x получает приращение Δx, то f(x+Δx) = (x + Δx)n, и, следовательно,
Δy=(x+Δx)n – xn =n·xn-1·Δx + 1/2·n·(n–1)·xn-2·Δx2 +…+Δxn.
Заметим, что в каждом из пропущенных слагаемых есть множитель Δx в степени выше 3.
Найдем предел
Мы доказали эту формулу для n N. Далее увидим, что она справедлива и при любом n R.
-
y= sin x. Вновь воспользуемся определением производной.
Так как, f(x+Δx)=sin(x+Δx), то
Таким образом,
-
Аналогично можно показать, что
-
Рассмотрим функцию y= ln x.
Имеем f(x+Δx)=ln(x+Δx). Поэтому
Итак,
-
Используя свойства логарифма можно показать, что
Формулы 3 и 5 докажите самостоятельно.
Основные правила дифференцирования
Применяя общий способ нахождения производной с помощью предела можно получить простейшие формулы дифференцирования. Пусть u=u(x),v=v(x) – две дифференцируемые функции от переменной x.
-
-
.
-
(справедлива для любого конечного числа слагаемых).
-
.
-
.
а) .
б) .
Формулы 1 и 2 докажите самостоятельно.
Доказательство формулы 3.
Пусть y = u(x) + v(x). Для значения аргумента x+Δx имеем y(x+Δx)=u(x+Δx) + v(x+Δx).
Тогда
Δy=y(x+Δx) – y(x) = u(x+Δx) + v(x+Δx) – u(x) – v(x) = Δu +Δv.
Следовательно,
.
Доказательство формулы 4.
Пусть y=u(x)·v(x). Тогда y(x+Δx)=u(x+Δx)·v(x+Δx), поэтому
Δy=u(x+Δx)·v(x+Δx) – u(x)·v(x).
Заметим, что поскольку каждая из функций u и v дифференцируема в точке x, то они непрерывны в этой точке, а значит u(x+Δx)→u(x), v(x+Δx)→v(x), при Δx→0.
Поэтому можем записать
На основании этого свойства можно получить правило дифференцирования произведения любого числа функций.
Пусть, например, y=u·v·w. Тогда,
y ' = u '·(v·w) + u·(v ·w) ' = u '·v·w + u·(v '·w +v·w ') = u '·v·w + u·v '·w + u·v·w '.
Доказательство формулы 5.
Пусть . Тогда
При доказательстве воспользовались тем, что v(x+Δx)→v(x) при Δx→0.
Примеры.
-
Если , то
-
y = x3 – 3x2 + 5x + 2. Найдем y '(–1).
y ' = 3x2 – 6x+ 5. Следовательно, y '(–1) = 14.
-
y = ln x · cos x, то y ' = (ln x) ' cos x + ln x (cos x) ' =1/x∙cos x – ln x · sin x.
-
-
Таким образом,
-
Аналогично для y= ctgx,