Funktiojohdannainen

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18. elokuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 3 muokkausta . Tässä artikkelissa kuvataan todellisten funktioiden johdannaisia. Katso monimutkaisten funktioiden derivaatta kohdasta Kompleksianalyysi .

Funktion derivaatta  on differentiaalilaskennan käsite, joka kuvaa funktion muutosnopeutta tietyssä pisteessä. Se määritellään funktion lisäyksen ja sen argumentin lisäyksen suhteen rajaksi , kun argumentin lisäys pyrkii nollaan , jos tällainen raja on olemassa. Funktiota, jolla on äärellinen derivaatta (jossain vaiheessa), kutsutaan differentioituvaksi (tietyssä pisteessä).

Derivaatan laskentaprosessia kutsutaan differentiaatioksi . Käänteinen prosessi - antijohdannaisen löytäminen  - integraatio .

Historia

Klassisessa differentiaalilaskennassa derivaatta määritellään useimmiten rajan käsitteen kautta , mutta historiallisesti rajateoria ilmestyi myöhemmin kuin differentiaalilaskenta. Historiallisesti derivaatta otettiin käyttöön kinemaattisesti (nopeudena) tai geometrisesti (määritettynä pääasiassa tangentin kaltevuuden perusteella, erilaisissa erityisissä formulaatioissa). Newton kutsui derivaatta fluxiksi , joka merkitsee pistettä funktiosymbolin yläpuolella, Leibnizin koulukunta suosi differentiaalia peruskäsitteenä [1] .

Venäläistä termiä muodossa "johdannainen funktio" käytti ensimmäisenä V. I. Viskovatov , joka käänsi venäjäksi vastaavan ranskalaisen termin dérivée , jota käytti ranskalainen matemaatikko Lagrange [2] .

Määritelmä

Olkoon funktio määritelty jossain pisteen naapurustossa Funktion derivaatta on sellainen luku , että naapurissa oleva funktio voidaan esittää

jos on olemassa.

Funktion derivaatan määritelmä rajan suhteen

Olkoon funktio määritelty jossain pisteen ympäristössä . Pisteessä olevan funktion derivaatta kutsutaan rajaksi , jos se on olemassa,

Perinteinen merkintä funktion derivaatalle pisteessä

Huomaa, että jälkimmäinen tarkoittaa yleensä derivaatta ajan suhteen ( teoreettisessa mekaniikassa ja fysiikassa myös historiallisesti usein).

Johdannaisten taulukko

Tehofunktioiden johdannaiset Trigonometristen funktioiden johdannaiset Käänteisten trigonometristen funktioiden derivaatat Hyperbolisten funktioiden johdannaiset



Erilaistuvuus

Pisteessä olevan funktion derivaatta , joka on raja, ei välttämättä ole olemassa, tai se voi olla olemassa ja olla äärellinen tai ääretön. Funktio on differentioituva pisteessä, jos ja vain jos sen derivaatta kyseisessä pisteessä on olemassa ja on äärellinen:

Naapurustossa differentioitavissa olevalle funktiolle pätee seuraava esitys:

klo

Muistiinpanot

Derivaatan geometrinen ja fyysinen merkitys

Tangenttiviivan kaltevuuden tangentti

Jos funktiolla on äärellinen derivaatta pisteessä, niin se voidaan naapurustossa approksimoida lineaarisella funktiolla

Funktiota kutsutaan tangentiksi pisteessä Numero on kulmakerroin ( tangentin kulmakerroin ) tai tangenttiviivan kulmakertoimen tangentti.

Funktion muutosnopeus

Antaa olla suoraviivaisen liikkeen  laki . Ilmaisee sitten hetkellisen liikkeen nopeuden ajanhetkellä . Uudella funktiolla on myös derivaatta. Tämä ns. toinen derivaatta, jota merkitään , ja funktio ilmaisee hetkellisen kiihtyvyyden ajankohdassa

Yleensä funktion derivaatta pisteessä ilmaisee funktion muutosnopeuden pisteessä eli riippuvuuden kuvaaman prosessin nopeuden

Korkeampien tilausten johdannaiset

Mielivaltaisen järjestyksen derivaatan käsite annetaan rekursiivisesti . Me uskomme

Jos funktio on differentioituva , niin ensimmäisen kertaluvun derivaatta määritellään relaatiolla

Olkoon nyt kolmannen kertaluvun derivaatta määritelty jossain pisteen ympäristössä ja differentioituva. Sitten

Erityisesti toinen johdannainen on johdannaisen johdannainen:

.

Jos funktiolla on osittaisderivaata jonkin alueen D muuttujan suhteen , niin nimetyllä derivaatalla, joka on itse funktio , voi   jossain vaiheessa olla osittaisderivaata saman tai minkä tahansa muun muuttujan suhteen. Alkuperäisessä funktiossa nämä derivaatat ovat toisen asteen osittaisia ​​derivaattoja (tai toisen asteen osittaisderivaataita).

  tai     tai  

Eri muuttujien suhteen otettua toisen tai korkeamman kertaluvun osittaisderivaatta kutsutaan sekaosittaisderivaattaksi . Esimerkiksi,

Funktioiden luokkaa, joiden -järjestyksen derivaatta on jatkuva, merkitään .

Johdannaisten kirjoittamistapoja

Riippuen tavoitteista, sovellusalueesta ja käytetystä matemaattisesta laitteistosta, käytetään erilaisia ​​derivaatan kirjoitusmenetelmiä. Joten n:nnen kertaluvun derivaatta voidaan kirjoittaa merkintöihin:

jne.

Tällainen merkintä on kätevä lyhyytensä vuoksi ja laajalle levinnyt; vedot eivät kuitenkaan saa merkitä korkeintaan kolmatta derivaatta.

 on ensimmäisen kertaluvun derivaatta suhteessa kohtaan , tai  on toinen derivaatta suhteessa pisteeseen jne. , tai joskus .

Tietenkään ei pidä unohtaa, että ne kaikki tarkoittavat samoja objekteja:

Esimerkkejä

jossa tarkoittaa merkkifunktiota . Ja jos a ei siis ole olemassa.

Erilaistumiseen liittyvät lauseet

Jatkuville intervallin funktioille , jotka vaihtelevat välillä , ovat voimassa seuraavat:

Lemma Fermat . Josottaa suurimman tai pienimmän arvon pisteessäja on olemassa, niin.

Nolla derivaatan lause . Jos samat arvotjanan päissä välissä on ainakin yksi piste, jossa funktion derivaatta on yhtä suuri kuin nolla.

Äärillinen lisäyskaava . Silläon sellainen kohta, että.

Cauchyn keskiarvon lause . Josse ei ole yhtä suuri kuin nolla välissä, niin siellä on sellainen piste, että.

L'Hopitalin sääntö . Jostai, jajollekinpuhjennetusta naapurustostaja on olemassa, niin.

.

Erotussäännöt

Operaatiota derivaatan löytämiseksi kutsutaan differentiaatioksi. Tätä toimintoa suoritettaessa joudut usein työskentelemään osamäärien, summien, funktioiden tulojen sekä "funktioiden funktioiden" eli monimutkaisten funktioiden kanssa. Derivaatan määritelmän perusteella voimme johtaa tätä työtä helpottavia differentiointisääntöjä. Jos  on vakioluku ja  ovat joitain differentioituvia funktioita, seuraavat differentiointisäännöt ovat voimassa:

Todiste

Todiste


Todiste


, sitten

missä  ovat binomikertoimet .

Seuraavat derivaatan ominaisuudet toimivat lisäyksenä erilaistumissääntöihin:

Todiste

Taulukko joidenkin funktioiden johdannaisista

Toiminto Johdannainen Merkintä
Todiste                                  Korjaamme ja lisäämme argumenttia . Lasketaan funktion inkrementti: , joten Katso
Todiste                                  Korjaamme ja lisäämme argumenttia . Lasketaan funktion inkrementti: , joten Katso
Todiste                                 

Opimme derivaatan käänteisfunktion derivaatan kautta :

Saamme:

Todiste                                  Korjaamme ja lisäämme argumenttia . Lasketaan funktion inkrementti: , joten ( Katso )
Todiste                                  Korjaamme ja lisäämme argumenttia . Lasketaan funktion inkrementti: , joten ( Katso )
Todiste 1                                  Korjaamme ja lisäämme argumenttia . Lasketaan funktion inkrementti: , niin ( Katso )
Todiste 2                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Voit löytää arsinin derivaatan käyttämällä keskenään käänteisiä funktioita. Tämän jälkeen meidän on otettava näiden kahden funktion johdannainen. Nyt meidän on ilmaistava arcsinin derivaatta. Trigonometrisen identiteetin ( ) perusteella saamme. Ymmärtääksesi plus tai miinus, sinun on tarkasteltava kosiniarvojen aluetta. Koska kosini on 2. ja 4. kvadrantissa, käy ilmi, että kosini on positiivinen. Se käy ilmi.














Todiste                                 

Voit löytää arkosiinin derivaatan käyttämällä tätä identiteettiä: Nyt löydämme tämän identiteetin molempien osien johdannaisen. Nyt ilmaisemme arkosiinin derivaatan. Se käy ilmi.







Todiste                                 

Löydät arktangentin derivaatan käyttämällä käänteisfunktiota: Nyt löydämme tämän identiteetin molempien osien derivaatan. Nyt meidän on ilmaistava arctangentin derivaatta: Nyt identiteetti ( ) tulee avuksemme : Osoittautuu.










Todiste                                 

Voit löytää käänteisen tangentin derivaatan käyttämällä tätä identiteettiä: Nyt löydämme tämän identiteetin molempien osien derivaatan. Nyt ilmaisemme käänteisen tangentin derivaatan. Se käy ilmi.







Todiste                                 

Löydät kaarevan johdannaisen identiteetin avulla:

Nyt löydämme tämän identiteetin molempien osien johdannaisen.

Se käy ilmi.

Todiste                                 

Voit löytää kaaren kosekantin derivaatan käyttämällä tätä identiteettiä: Nyt löydämme tämän identiteetin molempien osien derivaatan. Nyt ilmaisemme arkosiinin derivaatan. Se käy ilmi.







Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Todiste                                 

Vektorifunktion johdannainen suhteessa parametriin

Määritellään vektorifunktion derivaatta parametrin suhteen:

.

Jos derivaatta on olemassa pisteessä, vektorifunktion sanotaan olevan differentioituva tässä pisteessä. Derivaatan koordinaattifunktiot ovat .

Vektorifunktion derivaatan ominaisuudet (kaikkialla oletetaan, että derivaattoja on olemassa):

Johdannaisten asetustapoja

Muunnelmia ja yleistyksiä

Katso myös

Muistiinpanot

  1. Kolmogorov A. N. , Abramov A. M. , Dudnitsyn Yu. P. Algebra ja analyysin alku. Oppikirja lukion 10-11 luokalle. - M., Education, 1994. - ISBN 5-09-006088-6 . - C. 155-156
  2. Komkov G.D. , Levshin B.V., Semenov L.K. Neuvostoliiton tiedeakatemia. Lyhyt historiallinen essee (kaksi osaa). - 2. painos - M .: Tiede , 1977. - T. 1. 1724-1917. - S. 173.
  3. Summan derivaatta on yhtä suuri kuin derivaattojen summa
  4. Tästä seuraa erityisesti, että funktion ja vakion tulon derivaatta on yhtä suuri kuin tämän funktion derivaatan ja vakion tulo
  5. AI Olemskoi, SS Borysov,a ja IA Shuda. Tilastolliset kenttäteoriat ovat vääristyneet eri laskuissa . Haettu 21. huhtikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 21. syyskuuta 2017.

Kirjallisuus

Linkit