Производная и ее свойства
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Российский университет транспорта
Автор:
Гусев Анатолий Иванович
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 38
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
Артикул: 788085.01.99
В учебно-методическом пособии представлен теоретический и практический материал для вычисления производных функций. Рассмотрены явный, неявный и параметрический вид задания функций. Изложенный материал иллюстрируется большим количеством примеров и задач разного уровня сложности. Учебно-методическое пособие содержит варианты индивидуальных заданий.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 38.03.01: Экономика
- 38.03.02: Менеджмент
- 38.03.03: Управление персоналом
- 38.03.04: Государственное и муниципальное управление
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство транспорта Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «Российский университет транспорта (МИИТ)» ___________________________________________________ Кафедра «Математика» А.И. ГУСЕВ ПРОИЗВОДНАЯ И ЕЕ СВОЙСТВА Учебно-методическое пособие Москва – 2018
Министерство транспорта Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «Российский университет транспорта (МИИТ)» __________________________________________________ Кафедра «Математика» А.И. Гусев ПРОИЗВОДНАЯ И ЕЕ СВОЙСТВА Учебно-методическое пособие для студентов экономических специальностей Москва – 2018
УДК 517 Г96 Гусев А.И. Производная и ее свойства: Учебно-методическое пособие. – М.: РУТ (МИИТ), 2018. – 38 с. В учебно-методическом пособии представлен теоретический и практический материал для вычисления производных функций. Рассмотрены явный, неявный и параметрический вид задания функций. Изложенный материал иллюстрируется большим количеством примеров и задач разного уровня сложности. Учебно-методическое пособие содержит варианты индивидуальных заданий. Рецензент д.т.н., профессор кафедры «Высшая математика» РУТ (МИИТ) Е.В.Корольков © РУТ (МИИТ), 2018
Определение производной Пусть функция у = f (x ) определена на интервале ( а, b ). Возьмем какое- нибудь значение х ( а, b ). Затем возьмем другое новое значение аргумента х + х ( а, b ), где х может быть как положительным, так и отрицательным. Найдем приращение функции у, отвечающее приращению х аргумента: у = f (x + х ) - f (x ). Составим разностное отношение приращения функции у к соответствующему приращению х 0 аргумента: ). 0 ( ) ( ) ( x x x f x x f x y При фиксированном х это отношение является функцией от х: x y = φ (х) . Если при х 0 существует предел отношения y / х, то этот предел называется производной от функции у = f (x ) в данной точке х и обозначается f (x ). Функция у = f ( x ), имеющая производную в каждой точке интервала ( а, b ), называется дифференцируемой в этом интервале; операция нахождения производной функции называется дифференцированием. Геометрический смысл производной Рассмотрим график функции у = f ( x ), непрерывной на интервале ( а, b ). Фиксируем произвольную точку М (х, f ( x ) ) кривой у = f ( x ). Пусть Р (х +х, f (х + х ) )– другая точка этой кривой (см. Рис.1). Проведем секущую МР .
Рис.1 Касательной к кривой у = f (x ) в точке М назовем прямую МТ, проходящую через точку М и являющуюся предельным положением секущей МР при стремлении точки Р к точке М по кривой (или, что то же, при х 0 ). Это предельное положение секущей определяется тем, что угол ТМР стремится к нулю, когда точка Р стремится к точке М. Из рисунка видно, что угловой коэффициент kc секущей МР равен . tg x y kc Предел полученного выражения (если он существует) есть производная f (x ), так что f (x ) = tg - тангенс угла наклона касательной. Уравнения касательной и нормали к кривой Пусть имеем кривую, заданную уравнением у = f (x ). Возьмем на этой кривой точку М0 (х0, f (x0)) и выведем уравнение касательной к кривой в точке М0, предполагая, что существует производная f (x0 ). Уравнение прямой с угловым коэффициентом k, проходящей через точку М0 (х0, у0), выглядит так у - у0 = k (х - х0 ). Угловой коэффициент касательной kr = f (x0 ), поэтому уравнение касательной к кривой у = f (x) в точке М0 имет вид Нормалью к кривой в данной ее точке называется прямая, проходящая через эту точку перпендикулярно касательной к кривой в этой точке. Из определения нормали следует, что ее угловой коэффициент kn связан с угловым коэффициентом kr касательной соотношением Поэтому уравнение нормали к кривой у = f (x) в точке М0 ( х0, у0) имеет вид В случае, когда f (x0 ) = 0, уравнение нормали есть х = х0 .
Производная с точки зрения механики Пусть S = S(t) – закон прямолинейного движения материальной точки, выражающей путь S, пройденный точкой, как функцию времени. Обозначим через S путь, пройденный точкой за промежуток времени t от момента t до t +t, т.е. S = S(t +t) - S(t). Отношение S /t есть средняя скорость за время от t до t +t. Скорость v(t) в данный момент t, т.н. мгновенная скорость, определяется как предел средней скорости за промежуток времени от t до t +t, когда t 0, т.е. Т.о., скорость v(t) есть производная от пути S = S(t) по времени: v(t) = S′(t).\ Связь между непрерывностью и дифференцируемостью функции Теорема . Если функция дифференцируема в некоторой точке, то она непрерывна в этой точке. Доказательство. Пусть функция у = f (x ) дифференцируема в некоторой точке х. Следовательно, существует предел Отсюда имеем y/x = f (x ) + , где 0 при x 0, т.е. y = f (x ) x + x. Переходя к пределу при x 0, получаем y 0. А это и означает, что функция у = f (x ) непрерывна в точке х. Обратная теорема неверна: непрерывная функция может не иметь производной. Примером такой функции является функция у = |x| = .0 , ,0 , х если x х если x Если функция у = f (x) имеет непрерывную производную у = f (x) в некотором интервале (a, b), то эта функция называется гладкой. Производная суммы, разности, произведения и частного функций Пусть функции u = u ( x) и v = v ( x ) – две дифференцируемые в некотором интервале ( a, b ) функции.
Теорема . Производная суммы (разности) двух функций равна сумме (разности) производных этих функций: ( u v ) = u v. Доказательство. Обозначим у = u v. По определению производной имеем: т.е. ( u v ) = u v. ч.т.д. Теорема справедлива для любого конечного числа слагаемых. Теорема . Производная произведения двух функций равна произведению производной первого сомножителя на второй плюс произведение первого сомножителя на производную второго: ( u v ) = uv + vu. Следствие 1. Если u=с – const, то ( с v ) = с u. Следствие 2. ( u v w ) = uv w + u vw + u v w. Это верно и для большего количества сомножителей.
Теорема . Производная частного двух функций u ( x) / v ( x ) (v ( x ) 0) равна дроби, числитель которой есть разность произведений производной числителя на знаменатель дроби и числителя дроби на производную знаменателя, а знаменатель есть квадрат прежнего знаменателя: ( u / v ) = ( uv - vu ) / v2 (v 0) . Доказательство теоремы аналогично предыдущему доказательству. Производные некоторых основных элементарных функций Показательная функция у = ах ( а > 0, a 1 ) Эта функция определена на всей числовой оси, и потому для всякого х и любого х имеем у= ах+х - ах = ах (ах – 1). Поэтому Логарифмическая функция у = ln x ( x > 0 ) При любых х > 0 и х таких, что x+ х > 0, имеем у = ln ( x+ х) - ln x = ln ( 1 + х / x ). Степенная функция у = x ( - любое действительное число). Эта функция определена во всяком случае для всех x > 0. Имеем у = ( x+ х) - x = x [ ( 1 + х / x ) - 1]. Отсюда
Тригонометрические функции у = sinx, у = cosx, у = tgx, у = ctgx Рассмотрим функцию у = sinx, - < x < +. Во всякой точке х и для любого х Δу = sin (x + Δx) – sin x = 2 sin 2 х cos 2 х x . Отсюда х у = х x 2 sin 2 cos 2 х x = 2 2 sin х x cos 2 х x . Учитывая, что получаем Аналогично получаем (cos x)′ = – sin x . Пользуясь полученными формулами и правилом дифференцирования частного, найдем производную от функции y = tg x: (tg x)′ = x x cos sin = x x x x x 2 cos ) cos ( sin cos ) sin ( = x x x 2 2 2 cos sin cos = = x 2 cos 1 = sec2x. Т.о. ... ,2 ,1 ,0 , 2 π k π k x , sec cos 1 ) tg ( 2 2 x x x Аналогично: ... ,2 ,1 ,0 , , k π k x x x x 2 2 cosec sin 1 ) ctg ( Производная сложной функции Пусть y = f ( u ) и u = ( x ), тогда y = f ( ( x ) ) – сложная функция с промежуточным аргументом u и независимым аргументом х.
Теорема . Если функция u = (x) имеет производную ux в точке х, а функция y = f (u) имеет производную уu в соответствующей точке u = (x), то сложная функция y = f ( (x) ) ) имеет производную ух в точке х, которая находится по формуле: у х = у u ux . Доказательство. Т.о., для нахождения производной сложной функции надо производную данной функции по промежуточному аргументу умножить на производную промежуточного аргумента по независимому аргументу. Это правило остается в силе, если промежуточных аргументов несколько. Так, если y = f ( u ), u = ( v ), v = g ( x ), то у х = у u uv vx . . 2 2 cos 2 sin : 2 sin функции ю производну Найти x x y x u u y x y x u u y сложная Функция x. y .1 Пример . 3 4 4 2 cos 1 2 ln 4 tg 1 4 tg 2 2 log 3 4 tg 2 log 3 : 4 tg 3 2 log функции ю производну Найти x x x x x y x q q z z u u y x y x q q z z u u y сложная Функция . x y . 2 Пример