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

metodichkaFTUG_chast2

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
1.82 Mб
Скачать

2.2. Пользуясь правилом логарифмического дифференцирования найдите производную:

1)

y ln x tgx ;

2)

y ctg5x x3 1 ;

3) y chx arcsin3x ;

 

 

 

 

7x4 3x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

5

 

 

 

7 x 4 3

; 6) y 5

x

3 3

x2

.

4)

x

5)

y

 

 

x 2 2 x 7 5

 

 

 

 

 

 

 

cos2 x

 

 

 

 

6 x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Известно, что

 

f (x)

 

 

x3 1 и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

значение выражения

f (x0 ), где x0

g (0).

 

2.4. Докажите тождество:

 

 

 

 

 

1)

f (x) 2xf (x)

 

f (0)

f (0) 1, если f (x)

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x) f (x) f

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

0, если

 

f (x) ln

 

 

 

 

 

 

x

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5. Решите неравенство f x g x , где:

1) f x x2 x

 

 

 

 

2, g x 3x2 x 2.

2)

f x x ln x 5 , g x ln x 1 .

 

 

 

 

 

g(x) x e x . Найдите

3ex2 ;

x.

Задания для самостоятельного решения

1. Найти производную функции:

 

 

4

 

x3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) y x7 5x3

11 sin 7x ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

y

 

 

 

 

 

x 6

 

x 9;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

3 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x4 cos x ln x ;

 

 

 

 

 

y (2x2 4x 3)8 ;

 

 

 

y

 

5 x2

3)

 

 

 

 

4)

5)

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y sin3 5x2 ;

 

 

 

 

x2

2

 

 

 

 

6)

y 5

(2x2 4x3 )4 ;

 

 

 

 

7)

8)

y arcsin

;

 

 

 

 

 

 

x2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y lg4 x5 sin 6 2x ;

 

 

 

 

 

9)

y e x2

arctg x3 1 ;

10)

 

 

7x4 3x .

 

 

x 3 5 x 2 3

 

 

 

 

y 3 x4 ctg ex

 

 

5

 

11)

y

;

 

 

12)

;

13) y

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2 x

 

 

 

2. Вычислите производную функции при заданном значении аргумента:

90

1) f (t) t2 e2t , t

 

0;

 

 

 

 

 

0

2) f (x) (x 1) x2 1, x 2;

 

 

0

 

 

3) f (x) ln cos x,

x

;

4) f (t) sin t cos2 t, t

0

0;

 

0

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

f ( y) ecos 2 y ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6)

f (x) arctg

 

, x

1

 

 

y

;

 

 

 

 

 

 

 

 

x

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

7)

f (x) arccos

1 x ,

x

 

 

 

.

 

8)

y arctg

5x 1 x ln x,

x 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9)

y ex (ch2x 2sh2x),

x

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x

 

4arcsin

x

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10)

4 x2

x

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11)

y ex2 1 ln(x2

3),

x

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2. Дифференцирование функций, заданных неявно и параметрически. Необходимое и достаточное условия

дифференцируемости функций. Дифференциал функции

Уравнение

 

F x, y 0

(6.7)

задает неявно функцию y f x , если при подстановке выражения f(x) вместо y в уравнение (6.7) оно превращается в тождество. Предположим, что функция y f x дифференцируема и требуется вычислить производную y x .

Дифференцируют уравнение (6.7) по x, считая, что y есть функция

от x. Получают новое уравнение, содержащее x, y и

y . Из него

находят y x .

 

 

 

Пусть функция y y x

задана параметрически уравнениями:

 

x t ,

 

 

 

 

 

 

y t , t ; ,

(6.8)

 

 

 

 

 

 

дифференцируемы для любого t ; ,

где функции t

и t

91

причем t 0,

и требуется найти y x .

 

Используют формулу

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

t

.

(6.9)

 

 

 

 

 

 

x

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученное

таким образом

выражение для y

зависит от

 

 

 

 

 

 

x

 

переменной t. Если возможно (и необходимо) из первого уравнения системы (6.8) выражают t через х и подставляют в выражение,

полученное для y x .

 

Пример 1. Найти производную y

x функции:

 

 

 

 

 

x 3t 2,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln 1 t

 

 

 

 

 

1)

y t

2

t 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y arctg t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

 

 

 

 

 

Решение. 1) Используем формулу (6.9): y

 

t 1

 

2t 1

.

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

3t 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В полученное выражение подставив t

x 2

, получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

x 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x 4 3

 

 

2x 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 3

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Воспользуемся формулой (6.9):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

3

 

'

 

 

 

3t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

y

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

t

1 t3

1 t3

 

 

 

 

 

 

 

 

t

1

t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя выражения в формулу (6.9), получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 t

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

1 t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

3t 2

 

 

 

 

2

t

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3t

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 t3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя t 3ex 1, получим:

92

 

 

 

1 3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

ex 1

 

 

 

 

 

 

ex

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

3 3 ex

1

3 ex 1

 

 

33 ex 1

3

ex 1

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2. Вычислить значение производной параметрически заданной

 

x cos t,

 

 

 

функции

 

 

в точке t0

.

 

2 t

 

 

y 4sin

 

3

 

 

 

 

 

 

 

Решение. Функция y f x задана параметрически. Дифференцируем ее, используя формулу (6.9).

Вычислим: xt cost sin t,

y 4sin t 4 sin t 4 2sin t sin t 4 2sin t cos t 4sin 2t.

 

 

Подставим полученные выражения в формулу (6.9):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

yt

 

 

4sin 2t

8cos t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

xt

 

sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем значение производной в заданной точке. Подставим значение

t

0

 

 

в полученное выражение:

y

8cos

, т. е.

 

y

4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

3

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Вычислить y x :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) x 1 2

 

cos x 3

 

;

 

 

2) arctg

y

 

1

ln

x2

y2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение. 1) Данное уравнение задает неявно функцию

y f x .

 

 

Продифференцируем обе части уравнения по переменной х, считая, что

у есть функция от х:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1

 

cos x 3 y

;

 

 

2 x 1 sin x 3

 

y

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Откуда выразим y :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

2 x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 x 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

y 33 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 .

 

 

 

 

 

 

 

sin x 3

 

 

 

 

sin x 3

 

 

 

 

 

 

 

 

33 y2

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При необходимости можем выразить у через х из заданного равенства и подставить в полученное выражение.

93

2) Функция y y x задана неявно, дифференцируем обе части равенства, учитывая, что y есть функция аргумента x:

 

 

y

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

arctg

 

 

 

 

 

 

 

ln x

 

y

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

 

;

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

2

 

2

x

2

y

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

y x x y

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 y2

 

 

 

x2

 

 

2 x2 y2 2x 2 y y

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из полученного равенства выразим

y x :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy y

 

 

x yy

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 y2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xy y x yy ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y x y x y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приходим к ответу:

y

 

x y

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция f(x) называется дифференцируемой в точке x0 ,

если ее

приращение f в этой точке может быть представлено в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x0 ) A x o( x),

 

 

 

 

 

 

(6.10)

где

lim

o( x)

0,

A R.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(6.11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 0

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема. Для того, чтобы функция f(x) была дифференцируема в

точке x0 ,

необходимо и достаточно,

чтобы в точке x0

 

существовала

производная и в равенстве (6.10) выполнялось условие

 

f (x) A.

 

Понятие дифференцируемости функции эквивалентно равенству

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (x0 x) f (x0 ) f (x0 ) x o( x),

 

 

(6.12)

где

f (x0 ) x – главная

часть приращения

 

функции,

 

а

для

бесконечно малой o( x) выполняется (6.11).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дифференциалом функции f(x) в точке x0 ,

называется главная

часть f (x0 ) x

приращения функции. Дифференциал обозначается

символом df (x0 )

 

и по определению равен df (x0 ) f (x0 ) x

 

 

 

 

В частности, для функции f (x) x

получим dx x.

 

 

 

 

 

Тогда определение дифференциала имеет вид:

94

 

df (x0 ) f '(x0 )dx.

(6.13)

Свойства дифференциала

 

Пусть u u(x),

v v(x)

– дифференцируемые

функции на

некотором множестве X R.

Тогда:

 

1)d(c) 0, c const;

2)d(cu) cdu, c const;

3)d(u v) du dv;

4)d(uv) udv vdu;

 

u

 

udv vdu

, v 0;

5)

d

 

 

 

 

 

v

2

 

v

 

 

 

6)df (u) f '(u)du, где f(u) – сложная функция,

дифференцируемая

по

переменной

u u(x)

(свойство

инвариантности дифференциала), т. е. du u '(x)dx.

 

При достаточно малом значении x приращение функции с большой степенью точности можно заменить дифференциалом функции:

f (x0 x) f (x0 ) f '(x0 ) x

 

или f (x0 x) f '(x0 )dx f (x0 ).

(6.14)

Формулу (6.14) используют в приближенных вычислениях.

С геометрической точки зрения дифференциал функции dy равен приращению ординаты касательной к кривой y f (x) в точке

x0 , f (x0 ) , когда аргумент получает приращение x.

Пример 1. Вычислить при x0 2 и x 0,1 значение дифференциала функции y x3 x2 3x.

Решение. Дифференциал функции вычислим по формуле (6.13). Найдем y '(x) : y '(x) x3 x2 3x ' 3x2 2x 3.

Найдем y '(x0 ) : y '(x0 ) y '(2) 3 22 2 2 3 11. dx x 0,1.

Подставляя найденные значения в формулу (6.13), получим, dy y '(2) x 11 0,1 1,1.

95

Пример 2. Вычислить дифференциал функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x cos t,

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

1)

 

f (x) tg

 

 

(x

 

1);

 

 

 

 

 

 

 

2) y ln t;

 

 

3)

y

 

 

2 yx x

 

 

0.

 

 

 

 

 

Решение. 1) Найдем

f x :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3x2

 

 

 

 

 

x tg

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 tg x

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

x

 

 

2tg x

 

 

2tg x

 

1 cos2 x3

1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя полученное выражение в формулу (6.13), получим:

 

 

 

df x

 

6x2 tg x3

 

1

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos2

x3

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

Функция

 

y f x задана

параметрически.

 

Дифференцируем

ее,

используя формулу (6.9).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим: xt

cost

sin t,

yt

 

ln t

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим полученные выражения в формулу (6.9):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yt

 

 

 

 

1 t

 

 

 

 

1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

yx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t sin t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выразим

 

 

из

 

первого

 

уравнения

системы

переменную t

через

x:

t arccos x , из основного тригонометрического тождества выразим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sint

 

 

1 cos2 t

 

1 x2 , x cost по

условию,

и

 

 

подставим

в

производную и в формулу (6.13) получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x2 arccos x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) Функция y y x

задана в неявном виде уравнением

 

 

 

 

 

y2 2xy x3

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дифференцируем обе части уравнения, считая, что y y x :

 

 

 

 

 

2 yy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3x

2

0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 y x 2 yx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 yy 2xy 2 y 3x2 0;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y 2 y 2x 2 y 3x2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выразим y :

 

y

2 y 3x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 y 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

96

 

По формуле (6.13), получим:

dy

2 y 3x2

dx.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 y 2x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Вычислить приближенно с помощью дифференциала

значение выражения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3) cos47 .

 

 

 

 

 

1) 3 8, 009;

 

 

 

2) ln 0,97;

 

 

 

 

 

 

 

Решение. 1) Воспользуемся формулой (6.14) для функции y 3

x

при

x 8 0,009. Считаем,

что x0 8,

x 0,009.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим f (x ) 3

8

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1 ;

f (x0 ) f (8)

1 1

1 .

 

Найдем f (x) x3

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 4 12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33 x2

 

 

 

33

64

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда: 3 8, 009

0, 009 2 2, 00075.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом,

3 8,009 2,00075.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Будем находить приближенное значение функции

y(x) ln(x) в

точке x 0,97 по формуле (6.14). Обозначим

x 0,97 1 ( 0, 03), откуда

x0 1, x 0,03.

Найдем значение

f (x0 ) :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (1) ln1 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычислим производную функции

f (x) :

 

 

 

 

 

f (x)

1

,

откуда

f (x0 )

1

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив

найденные

 

значения

в формулу

 

(6.14), получим

ln(0,97) 1 ( 0, 03) 0 0, 03.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, получим ответ ln(0,97) 0, 03.

 

 

 

 

 

3) Необходимо найти приближенное значение функции

f (x) cos x в

точке x 47 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Представим x 47 45 2

 

 

,

откуда x0

 

,

x

 

.

90

4

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда f (x0 ) f

 

cos

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку

f '(x) (cos x) ' sin x, то

 

 

 

 

 

 

97

f (x

)

f

 

sin

 

2

.

 

 

0

 

 

4

2

 

 

 

4

 

 

Тогда по формуле (17.11) получим:

cos 47

 

2

 

 

 

 

2

0, 6824.

2

90

2

 

 

 

 

Итак, cos 47 0,6824.

Пример 4. Куб со стороной а = 10 увеличился на 0,05 своего объема. Вычислить приближенно приращение ребра куба.

Решение. Объем куба со стороной a вычисляется по формуле V a3. Поэтому первоначальный объем куба равен V (10) 1000. По условию

приращение объема куба равно 0,05 всего объема, т. е.

V 0,05V 0,05 1000 50.

Так как V dV, то dV 50.

Дифференциал функции вычисляем по формуле (6.13), т. е.

dV V (a) a, откуда a

dV

.

 

 

 

 

V (a)

 

Вычислим значение производной V 3a2

для a 10 :

V (10) 3 102 300.

 

 

 

Теперь находим a 30050 0,17.

Таким образом, ребро куба увеличилось приблизительно на 0,17.

Задания для решения в аудитории

I уровень

1.1. Найдите производную функции, заданной параметрически:

 

x t

 

 

 

 

 

 

at

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

3

,

 

 

 

e ;

 

 

2t;

 

x

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

 

 

 

2)

x 1

 

3)

x t

 

4)

 

 

y t

3

t

6

2;

 

 

at

 

 

 

 

1 .

 

cost

 

 

 

 

 

 

y at e

.

 

y ln t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y tg t.

 

1.2. Найдите производную неявно заданной функции:

1) x3 y3 8.

2)

x4 6x2 y2 9 y4

5x2 15y2 100 0.

3) ex e y 2xy 1 0.

4) ln x y x2 ;

5) 2y ln y x.

98

 

1.3. Вычислите дифференциал функции y f (x)

в точке x0 при

заданном значении x :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

y cos2 x, x

 

, x 0,03;

2)

y ln tg 2x, x

 

, x 0,01;

 

 

 

0

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3)

y ln sin 2x, x

, x 0,01;

4)

y ln

 

 

, x , x 0,04.

cos 2x

 

 

 

 

 

0

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4. Вычислите дифференциал функции:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2 1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

4

 

 

 

y

 

 

 

 

 

1)

y ln 3x

 

 

 

9x

 

1 .

2)

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 3x

 

 

 

 

 

3)

y arctg

1

;

 

 

 

 

4)

y arcsin

 

 

2x3

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 x6

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IIуровень

2.1.Найдите производную

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ln t arccos t

2

,

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

3

t

4

2t 3;

 

 

 

 

 

 

3)x arcsin t ,

y t t 2 .

2.2.Найдите производную

y :

x

2)

y sin t t cost,

 

x cost t sin t.

 

 

t

 

4)

x e

 

cost,

 

 

 

 

y et sin t.

 

 

 

 

y x функции, заданной неявно:

1)

yx 2 x3

4 y3 5;

 

2) x2 sin y y3 cos x 2x 3y 1 0;

 

tg2 x y 4x;

 

4) sin y x2 ln y x2 2

 

3 0;

3)

 

y x2

5) y x2

 

6) y2

x y

;

 

 

 

 

 

x y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Вычислите производную в точке x0 следующих функции:

 

x t ln t,

 

 

 

 

x t arctg t,

1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x0 1;

 

 

 

2)

 

x 0;

 

y cht,

 

 

 

y et ,

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

3)

x 1 arcsin y exy 1, x0

1;

4) tgx tg y y3 ln y 1, x0 0.

99

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]