20726

Дифференцируемая функция одной переменной. Геометрический и физический смысл производной. Правила дифференцирования

Доклад

Математика и математический анализ

Касательной к кривой K в точке Mo называется предельное положение секущей когда ММо. Предел Vcp = Если он существует то называется мгновенной скоростью в точке М и обозначается V. yo y = fxox y = Если существует предел то он называется производной данной функции в данной точке xo. Обозначим приращение функции в точке xo приращению аргумента Если вместо xo произвольная точка x то пишут не указывая в какой точке.

Русский

2013-07-31

123 KB

17 чел.

Математический анализ

5. Дифференцируемая функция одной переменной. Геометрический и физический смысл производной. Правила дифференцирования.

Задачи, приводящие к понятию производной.

Задача 1 (геометрическая).

О проведении касательной к кривой.

Пусть дана кривая K, которая является графиком функции y=f(x) на отрезке [a,b].

Опр. Касательной к кривой K в точке Mo называется предельное положение секущей, когда ММо.

Так как по определению касательная есть прямая, зададим уравнение этой прямой в виде yk=kx+b.

Находим b из условия yo=f(xo).

b=yo-kxo

yk=yo-k(x-xo)

yk-yo=k(x-xo)

tgα=y/x

ММо, y0, x0.

Угловой коэффициент k

k=  или k =    (1)

Поставленная геометрическая задача сведена к вычислению предела (1). Если существует предел (1), то существует искомая касательная, иначе – не существует.

Задача 2 (физическая).

Пусть материальная точка М движется из точки А в направлении точки В. Причем закон изменения пройденного пути от времени известен, S=S(t), т.е. есть  функция от t.

Требуется найти мгновенную скорость точки М в некоторый момент.

Пусть t=0 – начальный момент времени.

В момент времени t>0 точка М прошла путь S(t).

В момент времени t+t точка М прошла путь S(t+t).

Тогда

Опр. 

Предел Vcp =  

Если он существует, то называется мгновенной скоростью в точке М и обозначается V.

V =     (2)

Поставленная физическая задача сведена к вычислению предела (2). С математической точки зрения пределы (1) и (2) ничем не отличаются.

Поэтому было решено пределы такого вида обозначать как самостоятельный математический объект и изучить его свойства математическими методами.

Опр.

Пусть дана функция y = f(x).         

Точка Xo фиксирована и принадлежит D(f), yo=f(xo).

yo +y = f(xo+x)

y =

Если существует предел , то он называется производной данной функции в данной точке xo.

Обозначим

(приращение функции в точке xo / приращению аргумента)

Если вместо xo произвольная точка x, то пишут , не указывая в какой точке.

Геометрический и механический (физический) смысл производной.

Возвращаясь к двум ранее поставленным задачам можно сказать следующее:

  1.  геометрический смысл производной – угловой коэффициент касательной, проведенной к графику функции y = f(x) в точке Mo (xo,yo).
  2.  механический смысл производной – мгновенная скорость как производная взятая от функции пути по времени.

Дифференциал функции.

y=f(x),  D(f),  x0D(f).

Опр.

Если приращение f(x) в точке x0 представимо в виде f(x0)=Ax+α(x)*x   (1),

x0, α(x)0, A=const,  то функция f(x) дифференцируема в точке x0.

При  этом слагаемое A*x называется главной линейной частью относительно x этого приращения.

Опр.

Главная линейная часть, приращение функции в точке x0 при A≠0 называется дифференциалом функции в данной точке и обозначается df(x0).

, A≠0.

Теорема.

Для дифференцируемости функции y=f(x) в точке x0 необходимо и достаточно выполнения равенства f(x0)= x+α(x)*x  (2).    

Доказательство.

Необходимость.

Дано, что f(x) дифференцируема в точке x0.

Следует показать справедливость равенства (2).

Так как f(x) дифференцируема в точке x0, то по определению выполняется (1), в котором положим A=.

Тогда из (1) имеем (2).

Достаточность.

Дано (2).

Показать, что существует .

Из (2) имеем

 

С учетом доказанной теоремы для дифференциала, имеем формулу df(x0)=  (3).

Дифференциал функции равен произведению производной в точке x0 на приращение.

 

Правила дифференцирования.

Пусть с=const, u(x) и v(x) имеют производные в точке x0, x0D(u), x0D(v).

Тогда

1)

2)

3)

4)

5)

доказательство для 5)

f(x)=

доказываем по определению.

f(x+x)=

 

Перейдем к пределу при

Получим:

6) производная сложной функции

пусть даны функции u=g(y), y=f(x) и имеет смысл сложная функция g(f(x)).

Как найти ?

Теорема.

Если

1) функция y=f(x) дифференцируема в точке x0

2) функция u=g(y) дифференцируема в точке y0=f(x0),

то сложная функция g(f(x)) дифференцируема в точке x0 и справедливо равенство

Если x0 – произвольная точка, то

.

7) производная обратной функции

Пусть дана функция y=f(x), D(f)=X, E(f)=Y.

Обозначим x=g(y) – обратную функцию для y=f(x).

Как найти

Теорема.

Если

  1.  функция f(x) строго монотонна и непрерывна в X
  2.  в точке x0X существует

то в соответствующей точке y0=f(x0) также существует производная от  обратной функции, равная

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44218. МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИЕЛОПЕРОКСИДАЗЫ ПОЛИМОРФНОЯДЕРНЫХ ГРАНУЛОЦИТОВ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ ДЛЯ СПЕКТОРОФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ 2.65 MB
  Цель работы модификация лабораторного метода для спектрофотометрического определения спонтанной активности миелопероксидазы полиморфноядерных гранулоцитов периферической крови человека и его сравнительная оценка с различными лабораторными методами определения активности миелопероксидазы нейтрофилов с точки зрения основных требований предъявляемых к лабораторным методам определения активности ферментов в клинических условиях. Определение активности миелопероксидазы с помощью модифицированного лабораторного метода позволяет оценить спонтанную...
44219. СЕМЕЙНОЕ ЧТЕНИЕ: ПРОБЛЕМЫ ПОДДЕРЖКИ И СТИМУЛИРОВАНИЯ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ 665.5 KB
  Особенно тревожная ситуация сложилась с детским и подростковым чтением проблемы чтения ныне встали в один ряд с важнейшими государственными задачами защиты и обеспечения безопасности российской национальной культуры. Проблемами детского чтения считаются недостаточность специальных знаний у родителей о чтении детей о воспитании и педагогике детей экономические и финансовые причины; и др. В современных условиях очень важно позиционировать значение семейного чтения для каждого человека живущего как в нашей стране так и за рубежом....
44220. Сюжетно-дидактические игры математического содержания в самостоятельной деятельности детей 6-го года жизни 10.48 MB
  Теоретические аспекты использования игровой деятельности детей дошкольного возраста для развития математических представлений Содержание математических представлений детей 6 го года жизни Характеристика самостоятельной деятельности детей шестого года жизни и условия применения в ней сюжетно-дидактических игр математического содержания.
44221. Сюжетно-дидактические игры математического содержания в самостоятельной деятельности детей 6 го года жизни 10.3 MB
  Теоретические аспекты использования игровой деятельности детей дошкольного возраста для развития математических представлений Содержание математических представлений детей 6 го года жизни. Характеристика самостоятельной деятельности детей шестого года жизни и условия применения в ней сюжетно-дидактических игр математического содержания.
44222. Лига Арабских государств и ее роль в Интеграционном процессе арабского мира 358.5 KB
  Следует сказать, что в последние годы объем исследований и научных работ по интеграции арабского мира возрос, однако, до сих пор нет четкого анализа происходящих в этом регионе процессов. Они изучаются, главным образом, с точки зрения роли субъективного фактора, сознательных намерений тех или иных социальных групп, но в них не выделяются закономерности, тенденции, объективные факторы, обстоятельства.
44224. Охорона праці. Методичні вказівки 371 KB
  МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до виконання розділу дипломного проекту Охорона праці Затверджено на засіданні кафедри безпеки життєдіяльності і інженерної екології Протокол № 3 від 30. Харків ХДТУБА 2010 Методичні вказівки до виконання розділу дипломного проекту Охорона праці для студентів спеціальностей....
44225. Влияние лыжного спорта на развитие физических качеств подростков 15-17 лет 505 KB
  Проблема исследования: ухудшение физических качеств школьников не занимающихся спортом. Объект исследования: физические качества школьников 1517 лет. Целью данной работы является сравнительный анализ физических качеств спортсменов лыжников и школьников не занимающихся спортом 1517 лет между собой. Для этого поставлены следующие задачи: изучить литературные источники по данной теме; изучить место лыжной подготовки в системе общего физического воспитания школьников; определить этапы исследования и развития физических качеств у лыжников...
44226. Психологическая реабилитация женщин после развода 2.94 MB
  Изучить особенности состояния женщин 25 – 32 летнего возраста после развода. Выявить особенности реакции на фрустрации, уровни тревоги и депрессии, а так же состояние самооценки женщин после развода. Определить степень потребности их в психологической реабилитации, и на основе изученного теоретического и практического материала внести коррективы в предложенные ранее программы помощи и реабилитации женщин после развода.