ลองหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน 3x กัน ค้นหาอนุพันธ์: อัลกอริทึมและตัวอย่างการแก้ปัญหา
- ตารางอนุพันธ์ของฟังก์ชันเอกซ์โปเนนเชียลและลอการิทึม
อนุพันธ์ของฟังก์ชันอย่างง่าย
1. อนุพันธ์ของจำนวนเป็นศูนย์с´ = 0
ตัวอย่าง:
5' = 0
คำอธิบาย:
อนุพันธ์แสดงอัตราที่ค่าของฟังก์ชันเปลี่ยนแปลงเมื่ออาร์กิวเมนต์เปลี่ยนแปลง เนื่องจากตัวเลขไม่เปลี่ยนแปลง แต่อย่างใดภายใต้เงื่อนไขใด ๆ อัตราการเปลี่ยนแปลงจึงเป็นศูนย์เสมอ
2. อนุพันธ์ของตัวแปรเท่ากับหนึ่ง
x' = 1
คำอธิบาย:
เมื่ออาร์กิวเมนต์ (x) เพิ่มขึ้นทีละหนึ่ง ค่าของฟังก์ชัน (ผลการคำนวณ) จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่เท่ากัน ดังนั้น อัตราการเปลี่ยนแปลงค่าของฟังก์ชัน y = x จะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงค่าของอาร์กิวเมนต์ทุกประการ
3. อนุพันธ์ของตัวแปรและตัวประกอบเท่ากับตัวประกอบนี้
сx´ = с
ตัวอย่าง:
(3x)´ = 3
(2x)´ = 2
คำอธิบาย:
ที่ กรณีนี้ทุกครั้งที่อาร์กิวเมนต์ของฟังก์ชันเปลี่ยนแปลง ( เอ็กซ์) ค่าของมัน (y) เพิ่มขึ้น กับครั้งหนึ่ง. ดังนั้น อัตราการเปลี่ยนแปลงของค่าของฟังก์ชันเทียบกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของอาร์กิวเมนต์จะเท่ากับค่า กับ.
ไหนว่าตามนั้น
(cx + b)" = ค
เช่น ส่วนต่าง ฟังก์ชันเชิงเส้น y=kx+b เท่ากับความชันของเส้นตรง (k)
4. โมดูโลอนุพันธ์ของตัวแปรเท่ากับผลหารของตัวแปรนี้ต่อโมดูลัสของมัน
|x|"= x / |x| โดยมีเงื่อนไขว่า x ≠ 0
คำอธิบาย:
เนื่องจากอนุพันธ์ของตัวแปร (ดูสูตร 2) มีค่าเท่ากับ 1 อนุพันธ์ของโมดูลัสจึงแตกต่างกันตรงที่ค่าของอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันจะเปลี่ยนเป็นตรงกันข้ามเมื่อข้ามจุดกำเนิด (ลองวาดกราฟ ของฟังก์ชัน y = |x| และดูด้วยตัวคุณเอง นี่คือค่า และส่งกลับนิพจน์ x / |x| เมื่อ x< 0 оно равно (-1), а когда x >0 - หนึ่ง นั่นคือที่ ค่าลบตัวแปร x เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอาร์กิวเมนต์เพิ่มขึ้นแต่ละครั้ง ค่าของฟังก์ชันจะลดลงตามค่าที่เท่ากันทุกประการ และสำหรับค่าบวก ในทางกลับกัน ค่าของฟังก์ชันจะลดลงแต่มีค่าเท่ากันทุกประการ
5. อนุพันธ์กำลังของตัวแปรเท่ากับผลคูณของเลขยกกำลังนี้และตัวแปรในยกกำลัง ลดลงหนึ่ง
(x ค)"= cx c-1โดยมีเงื่อนไขว่า x c และ cx c-1 ถูกกำหนดและ c ≠ 0
ตัวอย่าง:
(x 2)" = 2x
(x 3)" = 3x 2
เพื่อให้จำสูตรได้:
ใช้เลขชี้กำลังของตัวแปร "ลง" เป็นตัวคูณ แล้วลดเลขชี้กำลังทีละหนึ่ง ตัวอย่างเช่น สำหรับ x 2 - สองนำหน้า x แล้วกำลังที่ลดลง (2-1 = 1) ให้ 2x กับเรา สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นกับ x 3 - เราลดสามเท่า ลดทีละหนึ่ง และแทนที่จะเป็นลูกบาศก์เรามีสี่เหลี่ยม นั่นคือ 3x 2 . "ไร้หลักวิทยาศาสตร์" เล็กน้อย แต่จำง่ายมาก
6.อนุพันธ์เศษส่วน 1/x
(1/x)" = - 1 / x 2
ตัวอย่าง:
เนื่องจากเศษส่วนสามารถแสดงเป็นการเพิ่มได้ พลังลบ
(1/x)" = (x -1)" คุณสามารถใช้สูตรจากกฎข้อที่ 5 ของตารางอนุพันธ์ได้
(x -1)" = -1x -2 = - 1 / x 2
7. อนุพันธ์เศษส่วน ด้วยตัวแปรของระดับโดยพลการในตัวส่วน
(1/xค)" = - ค / x ค+1
ตัวอย่าง:
(1 / x 2)" = - 2 / x 3
8. อนุพันธ์ของราก(อนุพันธ์ของตัวแปรตาม รากที่สอง)
(√x)" = 1 / (2√x)หรือ 1/2 x -1/2
ตัวอย่าง:
(√x)" = (x 1/2)" เพื่อให้คุณสามารถใช้สูตรจากกฎข้อที่ 5
(x 1/2)" \u003d 1/2 x -1/2 \u003d 1 / (2√x)
9. อนุพันธ์ของตัวแปรภายใต้รากของระดับโดยพลการ
(n √ x)" = 1 / (n n √ x n-1)
ถ้าเราทำตามนิยาม อนุพันธ์ของฟังก์ชัน ณ จุดหนึ่งคือลิมิตของอัตราส่วนที่เพิ่มขึ้นของฟังก์ชัน Δ ยเพื่อเพิ่มอาร์กิวเมนต์ Δ x:
ทุกอย่างดูเหมือนจะชัดเจน แต่ลองคำนวณตามสูตรนี้ เช่น อนุพันธ์ของฟังก์ชัน ฉ(x) = x 2 + (2x+ 3) · อี xบาป x. หากคุณทำทุกอย่างตามคำจำกัดความหลังจากการคำนวณสองสามหน้าคุณก็จะหลับไป ดังนั้นจึงมีวิธีที่ง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า
ในการเริ่มต้น เราทราบว่าสิ่งที่เรียกว่าฟังก์ชันพื้นฐานนั้นสามารถแยกแยะได้จากฟังก์ชันที่หลากหลายทั้งหมด มันเป็นญาติกัน การแสดงออกที่เรียบง่ายซึ่งมีการคำนวณและป้อนอนุพันธ์มานานแล้วในตาราง ฟังก์ชันดังกล่าวง่ายต่อการจดจำพร้อมกับอนุพันธ์
อนุพันธ์ของฟังก์ชันมูลฐาน
ฟังก์ชันพื้นฐานมีทุกอย่างตามรายการด้านล่าง อนุพันธ์ของฟังก์ชันเหล่านี้ต้องรู้ด้วยใจ ยิ่งไปกว่านั้น มันไม่ยากที่จะจดจำ - นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงเป็นระดับประถมศึกษา
ดังนั้นอนุพันธ์ ฟังก์ชันพื้นฐาน:
ชื่อ | การทำงาน | อนุพันธ์ |
คงที่ | ฉ(x) = ค, ค ∈ ร | 0 (ใช่ ใช่ ศูนย์!) |
องศากับเลขชี้กำลังตรรกยะ | ฉ(x) = x น | น · x น − 1 |
ไซนัส | ฉ(x) = บาป x | เพราะ x |
โคไซน์ | ฉ(x) = คอส x | - บาป x(ลบไซน์) |
แทนเจนต์ | ฉ(x) = ทก x | 1/คอส 2 x |
โคแทนเจนต์ | ฉ(x) = ctg x | - 1/บาป2 x |
ลอการิทึมธรรมชาติ | ฉ(x) = บันทึก x | 1/x |
ลอการิทึมโดยพลการ | ฉ(x) = บันทึก ก x | 1/(xล ก) |
ฟังก์ชันเลขชี้กำลัง | ฉ(x) = อี x | อี x(ไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง) |
หากฟังก์ชันมูลฐานคูณด้วยค่าคงที่ตามอำเภอใจ อนุพันธ์ของฟังก์ชันใหม่ก็จะคำนวณได้ง่ายเช่นกัน:
(ค · ฉ)’ = ค · ฉ ’.
โดยทั่วไป ค่าคงที่สามารถนำออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ได้ ตัวอย่างเช่น:
(2x 3)' = 2 ( x 3)' = 2 3 x 2 = 6x 2 .
เห็นได้ชัดว่า ฟังก์ชันพื้นฐานสามารถเพิ่มซึ่งกันและกัน คูณ หาร และอื่นๆ อีกมากมาย นี่คือลักษณะที่ฟังก์ชันใหม่จะปรากฏขึ้น ซึ่งไม่ใช่ระดับพื้นฐานอีกต่อไป แต่ยังสามารถแยกความแตกต่างได้ตามกฎบางอย่าง กฎเหล่านี้จะกล่าวถึงด้านล่าง
อนุพันธ์ของผลรวมและผลต่าง
ให้ฟังก์ชั่น ฉ(x) และ ช(x) ซึ่งเรารู้จักอนุพันธ์ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถใช้ฟังก์ชันพื้นฐานที่กล่าวถึงข้างต้น จากนั้นคุณสามารถหาอนุพันธ์ของผลรวมและผลต่างของฟังก์ชันเหล่านี้ได้:
- (ฉ + ช)’ = ฉ ’ + ช ’
- (ฉ − ช)’ = ฉ ’ − ช ’
ดังนั้น อนุพันธ์ของผลรวม (ผลต่าง) ของสองฟังก์ชันจะเท่ากับผลรวม (ผลต่าง) ของอนุพันธ์ อาจมีเงื่อนไขมากกว่านี้ ตัวอย่างเช่น, ( ฉ + ช + ชม.)’ = ฉ ’ + ช ’ + ชม. ’.
พูดอย่างเคร่งครัด ไม่มีแนวคิดของ "การลบ" ในพีชคณิต มีแนวคิดคือ องค์ประกอบเชิงลบ". ดังนั้นความแตกต่าง ฉ − ชสามารถเขียนใหม่เป็นผลรวมได้ ฉ+ (−1) ชแล้วเหลือเพียงสูตรเดียว - อนุพันธ์ของผลรวม
ฉ(x) = x 2 + ซิงก์; ช(x) = x 4 + 2x 2 − 3.
การทำงาน ฉ(x) คือผลรวมของฟังก์ชันพื้นฐานสองฟังก์ชัน ดังนั้น:
ฉ ’(x) = (xบาป 2+ x)’ = (x 2)' + (บาป x)’ = 2x+ คอสเอ็กซ์;
เราโต้แย้งในทำนองเดียวกันสำหรับฟังก์ชัน ช(x). มีเพียงสามคำเท่านั้น (จากมุมมองของพีชคณิต):
ช ’(x) = (x 4 + 2x 2 − 3)’ = (x 4 + 2x 2 + (−3))’ = (x 4)’ + (2x 2)’ + (−3)’ = 4x 3 + 4x + 0 = 4x · ( x 2 + 1).
ตอบ:
ฉ ’(x) = 2x+ คอสเอ็กซ์;
ช ’(x) = 4x · ( x
2 + 1).
อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์
คณิตศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์เชิงตรรกวิทยา หลายคนจึงเชื่อว่าหากอนุพันธ์ของผลคูณเท่ากับผลรวมของอนุพันธ์ แล้วจะได้อนุพันธ์ของผลคูณ โจมตี"\u003e เท่ากับผลคูณของอนุพันธ์ แต่มะเดื่อสำหรับคุณ! อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์คำนวณโดยใช้สูตรที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง กล่าวคือ:
(ฉ · ช) ’ = ฉ ’ · ช + ฉ · ช ’
สูตรนั้นง่าย แต่มักถูกลืม และไม่ใช่แค่เด็กนักเรียนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักเรียนด้วย ผลลัพธ์คือการแก้ปัญหาที่ไม่ถูกต้อง
งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน: ฉ(x) = x 3 คอสเอ็กซ์; ช(x) = (x 2 + 7x- 7) · อี x .
การทำงาน ฉ(x) เป็นผลคูณของฟังก์ชันพื้นฐานสองฟังก์ชัน ดังนั้นทุกอย่างจึงง่าย:
ฉ ’(x) = (x 3 คอส x)’ = (x 3)'เพราะ x + x 3 (คอส x)’ = 3x 2 คอส x + x 3 (–บาป x) = x 2 (3cos x − xบาป x)
การทำงาน ช(x) ตัวคูณแรกนั้นซับซ้อนกว่าเล็กน้อย แต่ โครงการทั่วไปสิ่งนี้ไม่เปลี่ยนแปลง แน่นอน ตัวคูณแรกของฟังก์ชัน ช(x) เป็นพหุนาม และอนุพันธ์ของมันคืออนุพันธ์ของผลรวม เรามี:
ช ’(x) = ((x 2 + 7x- 7) · อี x)’ = (x 2 + 7x- 7)' · อี x + (x 2 + 7x- 7) ( อี x)’ = (2x+ 7) · อี x + (x 2 + 7x- 7) · อี x = อี x(2 x + 7 + x 2 + 7x −7) = (x 2 + 9x) · อี x = x(x+ 9) · อี x .
ตอบ:
ฉ ’(x) = x 2 (3cos x − xบาป x);
ช ’(x) = x(x+ 9) · อี
x
.
โปรดทราบว่าในขั้นตอนสุดท้าย อนุพันธ์จะถูกแยกตัวประกอบ อย่างเป็นทางการ ไม่จำเป็น แต่อนุพันธ์ส่วนใหญ่ไม่ได้คำนวณด้วยตัวเอง แต่เพื่อสำรวจฟังก์ชัน ซึ่งหมายความว่าต่อไปอนุพันธ์จะเท่ากับศูนย์ จะพบเครื่องหมายของอนุพันธ์ และอื่น ๆ สำหรับกรณีเช่นนี้ จะเป็นการดีกว่าหากแบ่งนิพจน์ออกเป็นปัจจัยต่างๆ
หากมีสองหน้าที่ ฉ(x) และ ช(x), และ ช(x) ≠ 0 ในชุดที่เราสนใจ เราสามารถกำหนดฟังก์ชันใหม่ได้ ชม.(x) = ฉ(x)/ช(x). สำหรับฟังก์ชันดังกล่าว คุณยังสามารถหาอนุพันธ์ได้:
ไม่อ่อนแอใช่ไหม ลบมาจากไหน? ทำไม ช 2? แต่แบบนี้! นี่คือหนึ่งในที่สุด สูตรที่ซับซ้อนคุณไม่สามารถเข้าใจได้หากไม่มีขวด ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะศึกษา ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม.
งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน:
มีฟังก์ชันพื้นฐานในตัวเศษและตัวส่วนของแต่ละเศษส่วน ดังนั้นสิ่งที่เราต้องมีคือสูตรสำหรับอนุพันธ์ของผลหาร:
ตามธรรมเนียมแล้ว เราจะแยกตัวเศษเป็นตัวประกอบ ซึ่งจะทำให้คำตอบง่ายขึ้นมาก:
ฟังก์ชันที่ซับซ้อนไม่จำเป็นต้องมีสูตรยาวครึ่งกิโลเมตร ตัวอย่างเช่น ก็เพียงพอแล้วที่จะใช้ฟังก์ชัน ฉ(x) = บาป xและแทนที่ตัวแปร xพูดบน x 2+ลน x. ปรากฎว่า ฉ(x) = บาป ( x 2+ลน x) - นั่นคือสิ่งที่มันเป็น ฟังก์ชันที่ซับซ้อน. นอกจากนี้เธอยังมีอนุพันธ์ แต่จะไม่สามารถหาได้ตามกฎที่กล่าวถึงข้างต้น
จะเป็นอย่างไร? ในกรณีเช่นนี้ การแทนที่ตัวแปรและสูตรสำหรับอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อนจะช่วย:
ฉ ’(x) = ฉ ’(ที) · ที', ถ้า xถูกแทนที่ด้วย ที(x).
ตามกฎแล้วสถานการณ์ที่มีความเข้าใจในสูตรนี้น่าเศร้ายิ่งกว่าอนุพันธ์ของผลหาร ดังนั้นจึงเป็นการดีกว่าที่จะอธิบายด้วยตัวอย่างเฉพาะด้วย คำอธิบายโดยละเอียดทุกขั้นตอน
งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน: ฉ(x) = อี 2x + 3 ; ช(x) = บาป ( x 2+ลน x)
โปรดทราบว่าหากอยู่ในฟังก์ชัน ฉ(x) แทนนิพจน์2 x+ 3 จะเป็นเรื่องง่าย xแล้วเราจะได้ฟังก์ชันพื้นฐาน ฉ(x) = อี x. ดังนั้นเราจึงทำการทดแทน: ให้ 2 x + 3 = ที, ฉ(x) = ฉ(ที) = อี ที. เรากำลังมองหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่ซับซ้อนตามสูตร:
ฉ ’(x) = ฉ ’(ที) · ที ’ = (อี ที)’ · ที ’ = อี ที · ที ’
และตอนนี้ - ความสนใจ! ทำการแทนที่แบบย้อนกลับ: ที = 2x+ 3 เราได้รับ:
ฉ ’(x) = อี ที · ที ’ = อี 2x+ 3 (2 x + 3)’ = อี 2x+ 3 2 = 2 อี 2x + 3
ทีนี้มาดูฟังก์ชั่นกัน ช(x). เห็นได้ชัดว่าจำเป็นต้องเปลี่ยน x 2+ลน x = ที. เรามี:
ช ’(x) = ช ’(ที) · ที' = (บาป ที)’ · ที' = คอส ที · ที ’
เปลี่ยนกลับ: ที = x 2+ลน x. แล้ว:
ช ’(x) = คอส ( x 2+ลน x) · ( x 2+ลน x)' = คอส ( x 2+ลน x) · (2 x + 1/x).
นั่นคือทั้งหมด! ดังที่เห็นได้จากนิพจน์สุดท้าย ปัญหาทั้งหมดได้ลดลงเหลือเพียงการคำนวณอนุพันธ์ของผลรวม
ตอบ:
ฉ ’(x) = 2 อี
2x + 3 ;
ช ’(x) = (2x + 1/x) คอส ( x 2+ลน x).
บ่อยครั้งในบทเรียนของฉัน แทนที่จะใช้คำว่า "อนุพันธ์" ฉันใช้คำว่า "จังหวะ" ตัวอย่างเช่น เส้นขีดจากผลรวม เท่ากับผลรวมจังหวะ ชัดเจนกว่านี้ไหม? นั่นเป็นสิ่งที่ดี
ดังนั้น การคำนวณอนุพันธ์จึงลงมาเพื่อกำจัดจังหวะเหล่านี้ตามกฎที่กล่าวถึงข้างต้น เนื่องจาก ตัวอย่างสุดท้ายกลับไปที่กำลังอนุพันธ์ด้วยเลขชี้กำลังที่มีเหตุผล:
(x น)’ = น · x น − 1
ไม่กี่คนที่รู้ว่าในบทบาท นอาจทำหน้าที่ได้ดี จำนวนเศษส่วน. ตัวอย่างเช่นรากคือ x 0.5 . แต่ถ้ามีบางอย่างที่ยุ่งยากอยู่ใต้รูทล่ะ อีกครั้งฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนจะเปิดออก - พวกเขาต้องการสร้างสิ่งก่อสร้างดังกล่าว ควบคุมการทำงานและการสอบ
งาน. ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน:
ขั้นแรก ให้เขียนรูทเป็นเลขยกกำลังด้วยเลขชี้กำลังตรรกยะ:
ฉ(x) = (x 2 + 8x − 7) 0,5 .
ตอนนี้เราทำการทดแทน: ให้ x 2 + 8x − 7 = ที. เราหาอนุพันธ์ตามสูตร:
ฉ ’(x) = ฉ ’(ที) · ที ’ = (ที 0.5)' ที' = 0.5 ที−0.5 ที ’.
เราทำการทดแทนแบบย้อนกลับ: ที = x 2 + 8x- 7 เรามี:
ฉ ’(x) = 0.5 ( x 2 + 8x− 7) −0.5 ( x 2 + 8x− 7)' = 0.5 (2 x+ 8) ( x 2 + 8x − 7) −0,5 .
สุดท้ายกลับไปที่ราก:
คำนิยาม.ให้ฟังก์ชัน \(y = f(x) \) ถูกกำหนดในบางช่วงที่มีจุด \(x_0 \) อยู่ภายใน มาเพิ่ม \(\Delta x \) ให้กับอาร์กิวเมนต์เพื่อไม่ให้ออกจากช่วงเวลานี้ ค้นหาส่วนเพิ่มที่สอดคล้องกันของฟังก์ชัน \(\Delta y \) (เมื่อผ่านจากจุด \(x_0 \) ไปยังจุด \(x_0 + \Delta x \)) และเขียนความสัมพันธ์ \(\frac(\Delta y )(\เดลต้า x) \). หากมีขีดจำกัดของความสัมพันธ์นี้ที่ \(\Delta x \rightarrow 0 \) ดังนั้นขีดจำกัดที่ระบุจะถูกเรียกว่า ฟังก์ชันอนุพันธ์\(y=f(x) \) ที่จุด \(x_0 \) และแสดงว่า \(f"(x_0) \)
$$ \lim_(\Delta x \to 0) \frac(\Delta y)(\Delta x) = f"(x_0) $$
สัญลักษณ์ y มักใช้เพื่อแสดงอนุพันธ์ โปรดทราบว่า y" = f(x) คือ ลูกเล่นใหม่แต่สัมพันธ์ตามธรรมชาติกับฟังก์ชัน y = f(x) ที่กำหนดไว้ที่จุด x ทั้งหมดที่มีขีดจำกัดข้างต้น เรียกฟังก์ชันนี้ดังนี้: อนุพันธ์ของฟังก์ชัน y \u003d f (x).
ความหมายทางเรขาคณิตของอนุพันธ์ประกอบด้วยดังต่อไปนี้. หากแทนเจนต์ที่ไม่ขนานกับแกน y สามารถวาดเป็นกราฟของฟังก์ชัน y \u003d f (x) ที่จุดที่มี abscissa x \u003d a ดังนั้น f (a) จะแสดงความชันของเส้นสัมผัส:
\(k = f"(ก)\)
เนื่องจาก \(k = tg(a) \) ความเท่าเทียมกัน \(f"(a) = tg(a) \) จึงเป็นจริง
และตอนนี้เราตีความคำจำกัดความของอนุพันธ์ในแง่ของความเท่าเทียมกันโดยประมาณ ให้ฟังก์ชัน \(y = f(x) \) มีอนุพันธ์ ณ จุดใดจุดหนึ่ง \(x \):
$$ \lim_(\Delta x \to 0) \frac(\Delta y)(\Delta x) = f"(x) $$
ซึ่งหมายความว่าใกล้กับจุด x ความเท่าเทียมกันโดยประมาณ \(\frac(\Delta y)(\Delta x) \ประมาณ f"(x) \) เช่น \(\Delta y \about f"(x) \cdot \เดลต้า\). ความหมายที่มีความหมายของความเท่าเทียมกันโดยประมาณที่ได้รับมีดังนี้: การเพิ่มขึ้นของฟังก์ชันคือ "เกือบเป็นสัดส่วน" กับการเพิ่มขึ้นของอาร์กิวเมนต์และค่าสัมประสิทธิ์ของสัดส่วนคือค่าของอนุพันธ์ใน จุดที่กำหนดเอ็กซ์ ตัวอย่างเช่น สำหรับฟังก์ชัน \(y = x^2 \) ความเท่าเทียมกันโดยประมาณ \(\Delta y \around 2x \cdot \Delta x \) จะเป็นจริง หากเราวิเคราะห์คำจำกัดความของอนุพันธ์อย่างระมัดระวัง เราจะพบว่ามันมีอัลกอริทึมสำหรับการค้นหา
ลองกำหนดมัน
จะหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันได้อย่างไร y \u003d f (x) ?
1. แก้ไขค่า \(x \), หา \(f(x) \)
2. เพิ่ม \(x \) อาร์กิวเมนต์ \(\Delta x \) ไปที่ จุดใหม่\(x+ \Delta x \), ค้นหา \(f(x+ \Delta x) \)
3. ค้นหาฟังก์ชันที่เพิ่มขึ้น: \(\Delta y = f(x + \Delta x) - f(x) \)
4. เขียนความสัมพันธ์ \(\frac(\Delta y)(\Delta x) \)
5. คำนวณ $$ \lim_(\Delta x \to 0) \frac(\Delta y)(\Delta x) $$
ลิมิตนี้เป็นอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่ x
ถ้าฟังก์ชัน y = f(x) มีอนุพันธ์ที่จุด x จะเรียกว่าหาอนุพันธ์ได้ที่จุด x ขั้นตอนการค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y \u003d f (x) เรียกว่า ความแตกต่างฟังก์ชัน y = f(x)
ให้เราอภิปรายคำถามต่อไปนี้ ความต่อเนื่องและความแตกต่างของฟังก์ชัน ณ จุดหนึ่งเกี่ยวข้องกันอย่างไร
ให้ฟังก์ชัน y = f(x) หาอนุพันธ์ได้ที่จุด x จากนั้นสามารถวาดเส้นสัมผัสกับกราฟของฟังก์ชันที่จุด M (x; f (x)) และจำได้ว่าความชันของเส้นสัมผัสเท่ากับ f "(x) กราฟดังกล่าวไม่สามารถ "แตก" ที่ จุด M คือ ฟังก์ชันต้องต่อเนื่องที่ x
มันเป็นเหตุผล "บนนิ้ว" ให้เราเสนอข้อโต้แย้งที่เข้มงวดมากขึ้น ถ้าฟังก์ชัน y = f(x) สามารถหาอนุพันธ์ได้ที่จุด x ความเสมอภาคโดยประมาณ \(\Delta y \about f"(x) \cdot \Delta x \) จะถือเป็นศูนย์ จากนั้น \(\Delta y \ ) ก็จะมีแนวโน้มเป็นศูนย์เช่นกัน และนี่คือเงื่อนไขสำหรับความต่อเนื่องของฟังก์ชัน ณ จุดหนึ่ง
ดังนั้น, หากฟังก์ชันหาอนุพันธ์ได้ที่จุด x ฟังก์ชันนั้นจะต่อเนื่องที่จุดนั้นด้วย.
การสนทนาไม่เป็นความจริง ตัวอย่างเช่น: ฟังก์ชัน y = |x| ต่อเนื่องทุกที่ โดยเฉพาะที่จุด x = 0 แต่ไม่มีเส้นสัมผัสกับกราฟของฟังก์ชันที่ "จุดร่วม" (0; 0) หากถึงจุดหนึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะวาดเส้นสัมผัสกับกราฟฟังก์ชัน แสดงว่าไม่มีอนุพันธ์ ณ จุดนี้
อีกหนึ่งตัวอย่าง ฟังก์ชัน \(y=\sqrt(x) \) ต่อเนื่องบนเส้นจำนวนทั้งหมด รวมทั้งที่จุด x = 0 และเส้นสัมผัสกับกราฟของฟังก์ชันมีอยู่ที่จุดใดๆ รวมทั้งที่จุด x = 0 . แต่ ณ จุดนี้สัมผัสเกิดขึ้นพร้อมกับแกน y นั่นคือมันตั้งฉากกับแกน abscissa สมการของมันมีรูปแบบ x \u003d 0 ความลาดชันไม่มีบรรทัดดังกล่าว ซึ่งหมายความว่า \(f"(0) \) ไม่มีอยู่เช่นกัน
ดังนั้นเราจึงทำความคุ้นเคยกับคุณสมบัติใหม่ของฟังก์ชัน - ความแตกต่าง คุณจะบอกได้อย่างไรว่าฟังก์ชันแตกต่างจากกราฟของฟังก์ชัน
คำตอบนั้นได้รับจริงข้างต้น หาก ณ จุดใดจุดหนึ่งสามารถลากเส้นสัมผัสไปยังกราฟของฟังก์ชันที่ไม่ตั้งฉากกับแกน x ได้ แสดงว่า ณ จุดนี้ ฟังก์ชันหาอนุพันธ์ได้ หากถึงจุดหนึ่งเส้นสัมผัสกับกราฟของฟังก์ชันไม่มีอยู่หรือตั้งฉากกับแกน x ดังนั้น ณ จุดนี้ ฟังก์ชันจะหาอนุพันธ์ไม่ได้
กฎความแตกต่าง
เรียกการดำเนินการหาอนุพันธ์ ความแตกต่าง. เมื่อดำเนินการนี้ คุณมักจะต้องทำงานกับผลหาร ผลรวม ผลคูณของฟังก์ชัน เช่นเดียวกับ "ฟังก์ชันของฟังก์ชัน" นั่นคือ ฟังก์ชันที่ซับซ้อน ตามคำจำกัดความของอนุพันธ์ เราสามารถหากฎความแตกต่างที่ช่วยให้งานนี้ง่ายขึ้น ถ้า C- จำนวนคงที่และ f=f(x), g=g(x) เป็นฟังก์ชันหาอนุพันธ์ได้ ดังนั้นค่าต่อไปนี้เป็นจริง กฎความแตกต่าง:
$$ f"_x(g(x)) = f"_g \cdot g"_x $$
ตารางอนุพันธ์ของบางฟังก์ชัน
$$ \left(\frac(1)(x) \right) " = -\frac(1)(x^2) $$ $$ (\sqrt(x)) " = \frac(1)(2\ sqrt(x)) $$ $$ \left(x^a \right) " = a x^(a-1) $$ $$ \left(a^x \right) " = a^x \cdot \ln a $$ $$ \left(e^x \right) " = e^x $$ $$ (\ln x)" = \frac(1)(x) $$ $$ (\log_a x)" = \frac (1)(x\ln a) $$ $$ (\sin x)" = \cos x $$ $$ (\cos x)" = -\sin x $$ $$ (\text(tg) x) " = \frac(1)(\cos^2 x) $$ $$ (\text(ctg) x)" = -\frac(1)(\sin^2 x) $$ $$ (\arcsin x) " = \frac(1)(\sqrt(1-x^2)) $$ $$ (\arccos x)" = \frac(-1)(\sqrt(1-x^2)) $$ $$ (\text(arctg) x)" = \frac(1)(1+x^2) $$ $$ (\text(arctg) x)" = \frac(-1)(1+x^2) $ $โจทย์การหาอนุพันธ์ของ ฟังก์ชันที่กำหนดเป็นหนึ่งในรายวิชาหลักวิชาคณิตศาสตร์ มัธยมและในสถาบันอุดมศึกษา เป็นไปไม่ได้ที่จะสำรวจฟังก์ชันทั้งหมด สร้างกราฟโดยไม่ใช้อนุพันธ์ อนุพันธ์ของฟังก์ชันสามารถหาได้ง่ายหากคุณรู้กฎพื้นฐานของการหาอนุพันธ์ รวมถึงตารางอนุพันธ์ของฟังก์ชันหลัก ลองหาวิธีหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันกัน
อนุพันธ์ของฟังก์ชันเรียกว่าขีดจำกัดของอัตราส่วนของการเพิ่มของฟังก์ชันต่อการเพิ่มของอาร์กิวเมนต์ เมื่อการเพิ่มของอาร์กิวเมนต์มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์
ค่อนข้างยากที่จะเข้าใจคำจำกัดความนี้ เนื่องจากแนวคิดเรื่องขีดจำกัดไม่ได้ศึกษาอย่างเต็มที่ที่โรงเรียน แต่ในการหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันต่างๆ ไม่จำเป็นต้องเข้าใจคำจำกัดความ ปล่อยให้เป็นหน้าที่ของนักคณิตศาสตร์แล้วไปหาอนุพันธ์กันตรงๆ
กระบวนการหาอนุพันธ์เรียกว่าการหาอนุพันธ์ เมื่อแยกความแตกต่างของฟังก์ชันแล้วเราจะได้ฟังก์ชันใหม่
เพื่อแสดงถึงพวกเขาเราจะใช้ ตัวอักษรฉ, ก, ฯลฯ
มีสัญลักษณ์ที่แตกต่างกันมากมายสำหรับตราสารอนุพันธ์ เราจะใช้จังหวะ ตัวอย่างเช่น รายการ g" หมายความว่าเราจะหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน g
ตารางอนุพันธ์
ในการตอบคำถามเกี่ยวกับวิธีการหาอนุพันธ์จำเป็นต้องจัดทำตารางอนุพันธ์ของฟังก์ชันหลัก ในการคำนวณอนุพันธ์ของฟังก์ชันมูลฐาน ไม่จำเป็นต้องทำการคำนวณที่ซับซ้อน แค่ดูมูลค่าของมันในตารางอนุพันธ์ก็เพียงพอแล้ว
- (บาป)"=cosx
- (cos x)"= -บาป x
- (xn)"=nxn-1
- (อดีต)"=อดีต
- (lnx)"=1/x
- (กx)"=กxลน
- (log a x)"=1/x ln a
- (tg x)"=1/cos 2 x
- (ctg x)"= - 1/บาป 2 x
- (อาร์คซิน x)"= 1/√(1-x 2)
- (ส่วนโค้ง x)"= - 1/√(1-x 2)
- (โค้ง x)"= 1/(1+x 2)
- (arcctg x)"= - 1/(1+x 2)
ตัวอย่างที่ 1 หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y=500
เราเห็นว่ามันเป็นค่าคงที่ ตามตารางอนุพันธ์เป็นที่ทราบกันว่าอนุพันธ์ของค่าคงที่มีค่าเท่ากับศูนย์ (สูตร 1)
ตัวอย่างที่ 2 ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y=x 100
มัน ฟังก์ชั่นพลังงานซึ่งเลขชี้กำลังคือ 100 และในการหาอนุพันธ์ คุณต้องคูณฟังก์ชันด้วยเลขชี้กำลังและลดลงด้วย 1 (สูตร 3)
(x 100)"=100 x 99
ตัวอย่างที่ 3 หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y=5 x
มัน ฟังก์ชันเลขชี้กำลังเราคำนวณอนุพันธ์ตามสูตร 4
ตัวอย่างที่ 4 ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y= log 4 x
เราหาอนุพันธ์ของลอการิทึมโดยใช้สูตร 7
(ล็อก 4 x)"=1/x บันทึก 4
กฎความแตกต่าง
มาดูวิธีหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันหากไม่ได้อยู่ในตาราง ฟังก์ชันที่ตรวจสอบส่วนใหญ่ไม่ใช่ฟังก์ชันพื้นฐาน แต่เป็นการรวมกันของฟังก์ชันพื้นฐานโดยใช้การดำเนินการที่ง่ายที่สุด (การบวก การลบ การคูณ การหาร และการคูณด้วยตัวเลข) ในการหาอนุพันธ์ คุณต้องรู้กฎของความแตกต่าง นอกจากนี้ ตัวอักษร f และ g หมายถึงฟังก์ชัน และ C เป็นค่าคงที่
1. สามารถนำค่าสัมประสิทธิ์คงที่ออกจากเครื่องหมายของอนุพันธ์ได้
ตัวอย่างที่ 5 หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y= 6*x 8
เราออกไป ปัจจัยคงที่ 6 และแยกความแตกต่างเท่านั้น x 4 นี่คือฟังก์ชันกำลังซึ่งเป็นอนุพันธ์ที่เราพบตามสูตร 3 ของตารางอนุพันธ์
(6*x 8)" = 6*(x 8)"=6*8*x 7 =48* x 7
2. อนุพันธ์ของผลรวมเท่ากับผลรวมของอนุพันธ์
(ฉ + ก)"=ฉ" + ก"
ตัวอย่างที่ 6 หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y= x 100 + sin x
ฟังก์ชันคือผลรวมของสองฟังก์ชันซึ่งมีอนุพันธ์ที่เราหาได้จากตาราง เนื่องจาก (x 100)"=100 x 99 และ (sin x)"=cos x อนุพันธ์ของผลรวมจะเท่ากับผลรวมของอนุพันธ์เหล่านี้:
(x 100 + บาป x)"= 100 x 99 + cos x
3. อนุพันธ์ของผลต่างเท่ากับผลต่างของอนุพันธ์
(ฉ – ก)"=ฉ" – ก"
ตัวอย่างที่ 7 ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y= x 100 - cos x
ฟังก์ชันนี้เป็นความแตกต่างของสองฟังก์ชันที่มีอนุพันธ์ที่เราหาได้จากตารางเช่นกัน จากนั้นอนุพันธ์ของผลต่างจะเท่ากับผลต่างของอนุพันธ์ และอย่าลืมเปลี่ยนเครื่องหมาย เนื่องจาก (cos x) "= - sin x
(x 100 - cos x) "= 100 x 99 + บาป x
ตัวอย่างที่ 8 ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y=e x +tg x– x 2 .
ฟังก์ชันนี้มีทั้งผลรวมและผลต่าง เราจะหาอนุพันธ์ของแต่ละพจน์:
(e x)"=e x, (tg x)"=1/cos 2 x, (x 2)"=2 x จากนั้นอนุพันธ์ของฟังก์ชันดั้งเดิมคือ:
(e x +tg x– x 2)"= e x +1/cos 2 x –2 x
4. อนุพันธ์ของผลิตภัณฑ์
(f * g)"=f" * g + f * g"
ตัวอย่างที่ 9 หาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y= cos x *e x
ในการทำเช่นนี้ ก่อนอื่นให้หาอนุพันธ์ของแต่ละปัจจัย (cos x)"=–sin x และ (e x)"=e x ทีนี้มาแทนที่ทุกอย่างในสูตรผลิตภัณฑ์กัน คูณอนุพันธ์ของฟังก์ชันแรกกับฟังก์ชันที่สอง แล้วบวกผลคูณของฟังก์ชันแรกด้วยอนุพันธ์ของฟังก์ชันที่สอง
(cos x* e x)"= e x cos x – e x *บาป x
5. อนุพันธ์ของผลหาร
(f / g) "= f" * g - f * g "/ g 2
ตัวอย่างที่ 10 ค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชัน y= x 50 / sin x
ในการหาอนุพันธ์ของผลหาร ก่อนอื่นให้หาอนุพันธ์ของตัวเศษและตัวส่วนแยกกัน: (x 50)"=50 x 49 และ (sin x)"= cos x การแทนที่ในสูตรสำหรับอนุพันธ์ของผลหารที่เราได้รับ:
(x 50 / บาป x) "= 50x 49 * บาป x - x 50 * cos x / บาป 2 x
อนุพันธ์ของฟังก์ชันผสม
ฟังก์ชันเชิงซ้อนคือฟังก์ชันที่แสดงโดยส่วนประกอบของฟังก์ชันหลายฟังก์ชัน ในการค้นหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันเชิงซ้อน มีกฎดังนี้
(u(v))"=u"(v)*v"
มาดูวิธีหาอนุพันธ์ของฟังก์ชันดังกล่าวกัน ให้ y=u(v(x)) เป็นฟังก์ชันเชิงซ้อน ฟังก์ชัน u จะถูกเรียกว่าภายนอกและ v - ภายใน
ตัวอย่างเช่น:
y=sin (x 3) เป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อน
จากนั้น y=sin(t) เป็นฟังก์ชันภายนอก
เสื้อ=x 3 - ภายใน
ลองคำนวณอนุพันธ์ของฟังก์ชันนี้กัน ตามสูตร จำเป็นต้องคูณอนุพันธ์ของฟังก์ชันภายในและภายนอก
(บาป t)"=cos (t) - อนุพันธ์ของฟังก์ชันภายนอก (โดยที่ t=x 3)
(x 3)"=3x 2 - อนุพันธ์ของฟังก์ชันภายใน
จากนั้น (sin (x 3))"= cos (x 3)* 3x 2 เป็นอนุพันธ์ของฟังก์ชันผสม