Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ГЛАВА-1-06.13

.pdf
Скачиваний:
200
Добавлен:
12.03.2016
Размер:
1.9 Mб
Скачать

8.10. y(x) log2 (3cos

 

arctg4

5x2

),

dy ?

x

 

 

 

 

 

 

8

 

 

8.11. xy cos(x y) 0,

dy ?

 

8.12. x y sin(x y) 0,

dy ?

 

 

 

1

 

 

 

 

 

8.13.

dy ex

 

 

 

 

 

 

 

 

dx,

y ?

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

8.14.

dy

 

 

 

 

 

 

 

dx,

y ?

 

 

x

2

 

x ln 3

1

 

 

 

 

 

 

dy 3arcsin2 ln x

 

 

1

 

 

 

 

 

1

dx,

 

y ?

 

8.15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln2 x

x

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg5

1

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy 2

 

x ln 2 5arctg4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx,

y ?

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

8.16.

 

 

 

 

 

 

 

x

1

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы

8.1.1) при ∆x = 0,1; ∆y = 0,11; dy = 0,1; 2) при ∆x = 0,01; ∆y = 0,0101; dy = 0,01;

8.2.1) при ∆x = 0,1; ∆y = 2,411; dy = 2,5; 2) при ∆x = 0,01; ∆y = 0,249101, dy = 0,25.; 8.4. 28,66 м2; 8.5. 0,513; 8.6. 0,775; 8.7. 1,007; 8.8. 1,999;

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.9. dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.10.

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3cos

x ln 3 sin

x

 

1

 

 

4 arctg3

5x

 

 

 

 

1

 

 

5x

 

dx ;

 

 

 

 

 

 

4 5x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg

 

ln 2

 

 

 

 

2

 

x

8

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

cos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64

 

 

 

 

 

8.11.

sin(x y) y

dx ; 8.12.

1 cos(x y)

dx ; 8.13. y1 ex arcsin x c,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin(x y) y

1 cos(x y)

y

ex arccos x c, где c const ; 8.14. y1 log3 x arctg x c,

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

log

3

x arcctg x c, где с const ; 8.15. y arcsin3 ln x с ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.16. y 2arctg

5 1

 

 

 

 

 

x

c .

 

 

41

§9. Производные и дифференциалы высших порядков

Производная f (x) от функции f (x) называется производной первого порядка или первой производной и представляет собой некоторую функцию, которая также может иметь производную. Тогда производная от производной первого порядка называется производной второго порядка или второй производной. Ее обозначают одним из следующих символов:

 

 

d2 y

 

d dy

 

,

 

 

 

.

f (x), y ,

dx2

 

 

 

 

 

dx dx

Производная от производной

второго

порядка, если она существует,

называется производной третьего порядка или третьей производной. Аналогично определяются производные четвертого, пятого и т.д. порядков.

Вообще, производной n-го порядка от функции

y f (x) называется

производная от производной (n–1)-го порядка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f n ( x) f (n 1) x

 

 

 

Производные высших порядков вычисляются последовательным

дифференцированием функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если функция y x задана параметрически системой уравнений: x t ,

где t и ψ t − дифференцируемые функции и

 

 

y ψ t

 

 

 

t 0 , то для нахождения

производных функции y x можно использовать следующие формулы:

 

 

 

dy

 

 

 

ψ t

 

 

 

yt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx

 

dx

 

 

t

 

 

xt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

2

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

y t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

и т.д.

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

yxx

x

 

dx

 

 

 

xt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d y

 

 

 

 

 

t

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

yxx

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

yxxx

 

x

3

 

 

dx

 

 

xt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производную второго порядка можно также вычислить по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

ytt

xt

xtt

yt

 

 

 

 

 

 

 

yxx

 

xt 3

 

 

 

 

 

 

 

Для нахождения второй производной от функции, заданной неявно,

равенство y

f x, y , задающее ее первую производную, дифференцируют по

x (рассматривая y как функцию от x ),

а затем в правой части полученного

равенства на место y подставляют

задающее ее выражение f x, y .

Аналогично поступают при нахождении производных более высоких порядков.

42

Дифференциалом второго порядка функции y f ( x) называется дифференциал от дифференциала первого порядка этой функции:

d2 y d dy

Аналогично определяется дифференциал третьего порядка: d3 y d d2 y

Вообще, dn y d dn 1 y .

Если y f ( x) и x – независимая переменная, то дифференциалы высших порядков вычисляются по формулам:

d2 y y dx2 d3 y y dx3

_________

dn y y n dxn

Свойством инвариантости дифференциалы высших порядков (начиная со второго) не обладают.

Примеры с решениями Пример 1. Найти y от функции y cos2 3x

Решение.

y (cos2 3x) 2 cos3x ( sin 3x) 3 3sin 6x y ( y ) ( 3sin 6x) 3cos 6x 6 18cos 6x

y ( y ) ( 18cos 6x) 18( sin 6x) 6 108sin 6x Ответ: y 108sin 6x

Пример 2. Найти производную n-го порядка от функции y sin x Решение. Определяем последовательно y , y , y , y(4) :

y cos x, y sin x, y cos x, y(4) sin x y

Мы установили закон, по которому строятся последовательные производные от y sin x . Теперь можно дать и общую формулу для n

производной от этой функции. Действительно,

y cos x sin x

π

2

43

ysin x sin x π sin x 2
y cos x sin x sin x 3
2

π

2

π

2

 

 

 

 

y

4

sin x sin x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin x 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

______________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nπ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

sin

x

 

n

 

 

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n)

 

 

 

 

 

 

 

 

nπ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: y

 

sin x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

функции y x ,

Пример 3.

Найти

 

 

производную

третьего

порядка

от

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 4 cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

заданной параметрически уравнениями

 

 

 

 

5 sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yt

 

 

 

 

 

 

5 cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ctgt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx

xt

 

 

4 sin t

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

sin

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx 2

 

 

 

 

 

xt

 

 

4

sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16 sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 sin

 

 

 

 

t

cos t

 

 

 

 

15 cos t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx 3

 

xt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64 sin

5

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15 cost

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: yx3

64sin

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x , если она

Пример 4. Найти производную n-го порядка от функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

задана параметрически уравнениями

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx

 

 

xt

1

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

44

yx 3

Ответ: dn y 1 n 1 dxn t

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2

 

 

t

 

 

 

 

 

 

t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

t

 

 

x

 

 

 

xt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2 t

 

 

 

t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и т.д.

 

xt

 

 

 

1

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 5. Найти производную второго порядка от

функции y( x) ,

 

 

заданной неявно уравнением y3 2xy 3 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

Найдем y , продифференцировав по

 

x обе части уравнения,

 

 

задающего неявно функцию y( x) , рассматривая при этом y как функцию от x .

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 y xy 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y2 y 2 y 2xy 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2x 2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 3y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y 2 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь

продифференцируем

 

по

 

 

x обе

 

части

 

полученного равенства

 

 

(рассматривая y как функцию от x ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y

2

2x y 6 y y

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

2x 6 y

2

 

2 y

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2

y

 

 

2

y 3y

 

 

 

 

2

2 y y 2x 3y

 

 

 

 

3y 2 2x 2

 

 

 

3y 2 2x 2

 

 

3y 2 2x 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И теперь в полученное выражение подставим

 

y

 

 

 

2 y

:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y

2

2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

2 y

2 y

 

 

 

2x 3y 2

 

 

2x 2x 3y 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y 2

 

 

 

 

3y 2

 

 

 

 

 

16xy

y 2

 

2x

 

 

4 y

 

 

3y 2 2x 2

 

 

3y 2 2x 3

 

 

3y 2 2x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: y

 

 

 

16xy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3y 2 2x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 6. Найти дифференциал 22-го порядка функции y 2x

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d22 y y 22 dx22

 

 

 

 

 

 

y 2x ln 2, y ln 2 2x ln 2 2x ln 2 2, y ln 2 2 2x ln 2

2x ln 3 2,..., y n

2x ln n 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

y(22) 2x ln22

2,тогда d22 y 2x ln 22 2 dx22

 

 

 

Ответ: d22 y 2x ln 22 2 dx22

Примеры для самостоятельного решения

9.1.Найти производные второго и третьего порядков от функции y cos2 4x .

9.2.Найти производные второго и третьего порядков от функции y sin 2 5x .

9.3.Найти производные второго порядка от функции y 5x2 3 .

9.4.Найти производные второго порядка от функции y 7x2 4 .

9.5.Найти производную третьего порядка от функции y arctg3x .

9.6.Найти производную третьего порядка от функции y arcctg2x .

9.7. Найти d2 y , если dx 2

9.8. Найти d2 y , если dx 2

 

 

 

3

 

 

 

x a cos

t

 

 

 

.

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

y a sin

t

 

 

 

 

 

 

x a t sin t

 

 

cost)

.

y a(1

 

46

9.9. Найти y , если

xx

9.10. Найти y , если

xx

9.11.Найти y x2 , если

9.12.Найти yx 2 , если

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

x arccos

 

 

 

 

.

 

2

 

 

 

 

 

 

y

t t

 

 

 

 

x et

.

y arcsin t

 

t

 

 

 

x e

cost

 

 

 

.

 

 

t

 

 

 

 

 

 

y e

sin t

 

 

 

 

 

x a sin t t cost

 

 

 

 

 

.

y a cost t sin t

 

9.13.Найти производную второго порядка от функции y( x) , заданной неявно уравнением: arctgy y x 0 .

9.14.Найти производную второго порядка от функции y( x) , заданной неявно уравнением: xy3 2 y 1 0.

9.15.Найти значение производной второго порядка от функции y( x) в точке (1;1) , если функция задана неявно уравнением x3 2xy 3y2 0.

9.16.Найти значение производной второго порядка от функции y( x) в точке (1;1) , если функция задана неявно уравнением y3 2 y2 xy x3 3x2 0 .

9.17. Найти производную n-го порядка от функции

y

1

 

.

 

 

3x 2

9.18. Найти производную n-го порядка от функции

y

1

.

 

5x 8

9.19.Найти производную n-го порядка от функции y 2x 2 x .

9.20.Найти производную n-го порядка от функции y 3 x 3x .

9.21. Показать, что функция

y sin ln x cos ln x удовлетворяет уравнению

x2 y x y y 0.

 

 

 

9.22.

Показать,

что

функция

y ex 3cos2x 2sin 2x e2x x 1

удовлетворяет уравнению y 2 y 5y e2x 5x 7 .

47

9.23.Найти дифференциалы второго, третьего, четвертого и n-го порядков функции y 2x 3 3 .

9.24.Найти дифференциалы второго, третьего, четвертого и n-го порядков функции y e2x .

9.25.

Найти

 

дифференциалы

 

второго

и

 

третьего

 

порядков функции

y x ln x 1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.26. Найти дифференциал второго порядка функции y ln x

 

 

 

 

.

 

x2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.1.

y 32cos8x, y 256sin 8x ;

 

 

 

 

 

9.2.

 

 

y 50cos10x, y 500sin 10x ;

9.3. y

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; 9.4. y

 

 

 

 

 

 

 

 

28

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7x2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7x 2 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

54 27x

2

1

 

 

 

 

 

 

16 1

12x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.5. y

 

 

 

; 9.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9x

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.7. y

16 1 12x2 d2 y

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d2 y

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; 9.8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3a sin t cos4 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4x2

1 3

 

 

 

dx2

 

 

dx2

4a sin

4 t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t 2 t 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

t

t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.9. yxx

 

 

 

 

; 9.10.

yxx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e2t 1 t 2

1 t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.11.

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

; 9.12.

y

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

; 9.13.

 

y

 

2

1 y2

;

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

e

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

at sin

3

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cost sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 y5

xy2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3xy2

2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.14.

y

 

 

 

 

 

 

; 9.15. y

 

1;1

 

 

32 ; 9.16. y 1;1 27 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.17. y(n)

 

 

 

3 n n!

 

 

 

; 9.18.

 

y(n)

 

 

 

 

5 n n!

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x 2 n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5x 8 n 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.19.y(n) 2x 1 n 2 x ln n 2 ;

9.20.y(n) 1 n 3 x 3x ln n 3; 9.23. d2 y 24 2x 3 dx2; d3 y 48dx3;

48

d4 y 0,dn y 0; 9.24. d2 y 4 e2x

dx2; d3 y 8 e2x dx3; d4 y 16 e2 x dx4;

 

dn y 2n e2x dxn ; 9.25. d2 y

dx2

 

;d3 y

dx3

; 9.26.

d2 y

x

 

 

dx2 .

x

 

x2

x2 2

 

 

 

x2 2

§10. Раскрытие неопределѐнностей. Правило Лопиталя

При решении задач, связанных с вычислением пределов функций, часто непосредственная подстановка предельного значения аргумента приводит к

неопределѐнным выражениям вида:

 

0

,

 

, 0 , , 00

, 0 , 1 .

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нахождение предела в таких случаях называют раскрытием соответствующей неопределенности. Довольно часто справиться с этой проблемой помогает так

называемое правило Лопиталя, которое можно сформулировать в виде теоремы.

 

Теорема. Если

функции

 

f x

и

g x

 

 

удовлетворяют

следующим

условиям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

lim f x lim

g x 0 или

lim f x lim

g x ;

 

 

 

 

x x0

x x0

 

 

 

 

x x0

x x0

 

 

 

 

 

 

 

2)

f x

и g x

дифференцируемы

в некоторой окрестности

точки

x0 ,

и

 

для любого

x их этой окрестности (за исключением,

может быть,

g

x 0

самой точки x0 );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

3) существует (конечный или бесконечный)

lim

x

, то тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f x

 

x x0

g x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

lim

 

f x

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0 g x

x x0 g x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание 1. Если lim

 

f x

не существует,

то нельзя ничего сказать об

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0

 

g x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

исходном

пределе,

т.е. lim

f x

может

существовать, а

может

и

не

g x

 

 

 

 

 

x x0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

существовать. В такой ситуации решать задачу вычисления предела надо без использования правила Лопиталя.

Замечание 2. Правилом Лопиталя можно пользоваться (в случае

выполнения условий теоремы) при раскрытии неопределенностей вида 0 или

0

 

 

не

только

при

x x0 ,

но

и

при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x x0 0, x x0 0, x , x , x .

49

Замечание 3. Правило Лопиталя в некоторых задачах можно применять повторно.

Если необходимо раскрыть неопределенности иного вида, нежели 0 и0

,

то следует преобразовывать функцию, стоящую под знаком предела, приведя еѐ к виду, позволяющему применить правило Лопиталя.

 

Если при

 

x x0

x 0 , а

ψ x , то вычисление предела

lim

x ψ x (неопределенность вида 0 ) может быть сведено к одному

x x0

 

 

 

 

 

 

 

 

из

случаев

0

 

или

 

 

при помощи тождественных преобразований

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

произведения в частное:

x ψ x

x

 

или x ψ x

 

ψ x

 

 

 

1 ψ x

1 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

при

x x0

x ,

а

 

ψ x , то вычисление предела

lim x ψ x (неопределенность

вида

) может

быть сведено к

x x0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

раскрытию

неопределенности

путем

тождественного

преобразования

разности в произведение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

x

ψ x x

ψ x

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ψ x

 

 

x

 

 

Иногда удобно пользоваться и другими преобразованиями:

 

 

ψ x

x

 

x ψ x x 1

 

 

 

или x ψ x ψ x

ψ x

1

 

 

 

x

 

 

При

вычислении

пределов

x

можно столкнуться с

вида lim x

 

 

 

 

 

 

x x0

 

неопределенностью 00 или 0 , или 10 . Раскрытие этих неопределенностей

производят с помощью следующего преобразования:

 

 

x

 

 

x

 

x ln x

 

 

e

ln x

 

x

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]