Дифференциальное исчисление

Дифференциальное исчисление

Понятие производной

Определение: Производной функции по аргументу x называется предел отношения ее приращения к приращению аргумента x, когда приращение аргумента стремится к нулю:

.

Если этот предел конечный, то функция y=f(x) называется дифференцируемой в точке x. Если же этот предел есть ∞, то говорят, что функция y=f(x) имеет в точке x бесконечную производную.

Механический смысл производной: скорость есть первая производная пути по времени, т.е. .

Геометрический смысл производной: тангенс угла наклона касательной к графику функции равен первой производной этой функции , вычисленной в точке касания, т.е.

Уравнение касательной к графику функции в точке :

Уравнение нормали к графику функции в точке :

Таблица производных

Процесс нахождения производных называется дифференцированием функции.

Рассмотрим примеры.

Найти производные функций:

Пример 1:

Решение:

+

Пример2:

Решение:

Пример 3:

Решение:

Дифференциал функции

Определение: Дифференциалом функции y=y(x) называется произведение ее производной на дифференциал независимой переменной:

.

Для большей наглядности рассмотрим пример.

Пример 1: Найти дифференциал функции

Решение:

Так как , то .

Дифференцирование сложной функции

Пусть y= y(u) , где u= u(x) – дифференцируемые функции. Тогда сложная функция y=y[u(x)] есть также дифференцируемая функция, причем

, или

Это правило распространяется на цепочку из любого конечного числа дифференцируемых функций: производная сложной функции равна произведению производных функций, ее составляющих.

Производные сложных функций находятся при помощи таблицы:

Рассмотрим примеры.

Пример 1: Найти производную функции

Решение: =

Пример 2: Найти производную функции

Решение:

=

+

Определение: Производная второго порядка (вторая производная) от функции y=f(x) есть производная от ее первой производной: .

Определение: Производная третьего порядка (третья производная) от функции y=f(x) есть производная от ее второй производной: .

Определение: Производная n-ого порядка (n-я производная) от функции y=f(x) есть производная от ее (n-1)-й производной: .

Рассмотрим примеры.

Пример 1: Найти производную второго порядка .

Решение:

Пример2: Найти производную второго порядка функции .

Решение:

Литература: [1] стр. 205-213, 215-220; задания № 7.1-7.31 стр.205, № 7.38-7.90 стр.217.

Вопросы для самопроверки:

1. Дать определение производной функции.

2. Что называется приращением аргумента, приращением функции?

3. Какой механический смысл имеет производная?

4. Сформулировать геометрический смысл производной.

5. Как найти производную суммы или разности?

6. Как найти производную произведения?

7. Как найти производную частного двух функций?

8. Дать определение дифференциала функции.

9. Сформулируйте правила нахождения производной сложной функции?

10. Как найти производную второго порядка? производную четвертого порядка.