Если функция y аргумента x задается при помощи параметрических соотношений
x = x (t), y = y (t) (6.27)
причем x (t) и y (t) – дифференцируемые функции t и x (t)¹0. Производная от y по x находится путем дифференцирования равенств (1):
dx=x/(t)dt, dy=y/(t)dt,
откуда . (6.28)
Вторую производную от y по x находим, дифференцируя по x соотношение (6.28):
.
Пример 6.8 Найти , если x =ln t, y =sin 2 t.
Решение. Дифференцируем исходные соотношения:
, .
Отсюда .
Найдем вторую производную
.
Дифференциал функции
Пусть функция y = f (x) дифференцируема на отрезке [ a,b ]. Производная этой функции в некоторой точке x отрезка [ a,b ] определяется равенством
.
Отношение при D x ® 0 стремится к определенному числу f / (x) и, следовательно, отличается от производной f / (x) на величину бесконечно малую: , где a®0 при D x ® 0,
или D y = f / (x)D x + a D x.
Таким образом, приращение функции D y представляет собой сумму двух слагаемых f / (x)D x и a D x, которые являются бесконечно малыми при D x ® 0. Первое слагаемое есть бесконечно малая функция первого порядка относительно D x, так как
.
Произведение a D x есть бесконечно малая величина высшего порядка относительно D x, так как
.
Первое слагаемое f / (x)D x называется главной частью приращения функции D y.
Дифференциалом функции y = f (x) в точке называется главная часть ее приращения, равная произведению производной f / (x) на приращение D x и обозначается через dy:
dy = f / (x) D x.
Дифференциалом аргумента называется приращение аргумента
dx = D x.
Тогда дифференциал функции равен произведению ее производной на дифференциал аргумента dy = f /(x) dx.
Геометрически дифференциал представляет собой приращение ординаты касательной к графику функции в точке M (x, y).
Основные свойства дифференциала.
6.29 6.30 6.31 | 6.32 6.33 6.34 |
Дифференциал dy = f /(x) dx называется дифференциалом первого порядка.
Дифференциал d(dy) от дифференциала dy называется дифференциалом второго порядка функции f (x) и обозначается
d 2 y, то есть d 2y= f //(x)(dx)2 и т.д.
Дифференциал d(d n-1y) от дифференциала d n- 1 y называется дифференциалом n–го порядка функции f (x) и обозначается
d n y, то есть d ny= f (n)(x)(dx)n.
Из определения производной и дифференциала вытекает, что D y = dy+e( D x), где e®0, когда D x ® 0, то есть дифференциал функции отличается от приращения на бесконечно малую высшего порядка, чем D x = dx.
При малых D x справедлива приближенная формула
f (x +D x)– f (x) » f /(x)D x или
f (x +D x) » f /(x)D x + f (x) (6.29)
Пример 9. Найти дифференциал функции .
Решение. Так как dy = f /(x) dx, то .
Пример 10. Найти дифференциал функции y =sinln x.
Решение. .
Пример 11. Найти дифференциал третьего порядка функции y = x 5– 3x3+2.
Решение. Последовательно дифференцируя, получим
.
Пример 12. Вычислить приближенное значение функции y = arcsin x при x = 0,51.
Решение. Рассмотрим функцию y =arcsin x. Полагая x = 0,5, D x = 0,01 и применяя формулу (6.29),
arcsin(x +D x) » arcsin x +(arcsin x)/D x, получаем
.
Пример 13. Вычислить приближенное значение функции y = ln x при x = 2,001.
Решение. Рассмотрим функцию y = ln x. Полагая x = 2, D x = 0,001 и применяя формулу (6.29), , получаем
.
Задание 6.1. В задачах 1 - 30 вычислить производную y = f (x).
1. | 1. 2. 3. 4. 5. | 2. | 1. 2. 3. 4. 5. |
3. | 1. 2. 3. 4. 5. | 4. | 1. 2. 3. 4. 5. |
5. | 1. 2. 3. 4. 5. | 6. | 1. 2. 3. 4. 5. |
7. | 1. 2. 3. 4. 5. | 8. | 1. 2. 3. 4. 5. |
9. | 1. 2. 3. 4. 5. | 10. | 1. 2. 3. 4. 5. |
11. | 1. 2. 3. 4. 5. | 12. | 1. 2. 3. 4. 5. |
13. | 1. 2. 3. 4. 5. | 14. | 1. 2. 3. 4. 5. |
15. | 1. 2. 3. 4. 5. | 16. | 1. 2. 3. 4. 5. |
17. | 1. 2. 3. 4. 5. | 18. | 1. 2. 3. 4. 5. |
19. | 1. 2. 3. 4. 5. | 20. | 1. 2. 3. 4. 5. |
21. | 1. 2. 3. 4. 5. | 22. | 1. 2. 3. 4. 5. |
23. | 1. 2. 3. 4. 5. | 24. | 1. 2. 3. 4. 5. |
25. | 1. 2. 3. 4. 5. | 26. | 1. 2. 3. 4. 5. |
27. | 1. 2. 3. 4. 5. | 28. | 1. 2. 3. 4. 5. |
29. | 1. 2. 3. 4. 5. | 30. | 1. 2. 3. 4. 5. |
Задание 6.2. Продифференцировать данные функции, применяя метод логарифмического дифференцирования.
1. | a) b) | 2. | a) b) | |
3. | a) b) | 4. | a) b) | |
5. | a) b) | 6. | a) b) | |
7. | a) b) | 8. | a) b) | |
9. | a) b) | a) b) | ||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | 18. | a) b) | ||
a) b) | ||||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | a) b) | |||
a) b) | a) b) | |||
Задание 6.3. Найти первую и вторую производные функций.
1. | a) b) | 2. | a) b) |
3. | a) b) | 4. | a) b) |
5. | a) b) | 6. | a) b) |
7. | a) b) | 8. | a) b) |
9. | a) b) | 10. | a) b) |
11. | a) b) | 12. | a) b) |
13. | a) b) | 14. | a) b) |
15. | a) b) | 16. | a) b) |
17. | a) b) | 18. | a) b) |
19. | a) b) | 20. | a) b) |
21. | a) b) | 22. | a) b) |
23. | a) b) | 24. | a) b) |
25. | a) b) | 26. | a) b) |
27. | a) b) | 28. | a) b) |
29. | a) b) | 30. | a) b) |
Задание 6.4. Вычислить с помощью дифференциала приближенное значение функции в заданной точке.
1. | |||
3. | 4. | ||
5. | 6. | ||
7. | 8. | ||
9. | 10. | ||
11. | 12. | ||
13. | 14. | ||
15. | 16. | ||
17. | 18. | ||
19. | 20. | ||
21. | 22. | ||
23. | 24. | ||
25. | 26. | ||
27. | 28. | ||
29. | 30. |