Дифференциал функции

1.

Дифференциал функции
Производные высших порядков
Производные от функций, заданных
параметрически
Дифференциал функции
Геометрический смысл дифференциала
Основные теоремы о дифференциалах
Применение дифференциала в приближенных
вычислениях

2.

Производные высших порядков
Производная y f (x ) функции y f (x ) есть также функция
от x и называется производной первого порядка.
Если функция f (x )
дифференцируема, то ее производная
называется производной второго порядка и обозначается:
y ;
f ( x );
d 2y
dx 2
Итак:
y ( y )
Производная от производной второго порядка, если она существует
называется производной третьего порядка и обозначается:
y ;
f ( x );
d 3y
dx 3
Итак:
y ( y )
Производной n – ого порядка (или n – ой производной)
называется производная от производной n -1 - ого порядка.
y ( n ) ( y ( n 1) )

3.

Производные высших порядков
Начиная от производной 4 порядка , производные обозначаются
римскими цифрами или цифрами в скобках:
или
y (5)
yv
- производная пятого порядка.
Вычислить производную n – ого порядка от функции: y ln( x 1)
x
1
y ln( x 1)
1
( x 1) 1
x 1
x 1
2
3
1
2
y
x
1
1
2
x
1
y x 1 1 x 1 ;
y 1 2 x 1 1 2 3 x 1
y 1 2 3 x 1 1 2 3 4 x 1
4
5
3
4
4
5
y n 1
n 1
n 1 ! x 1 n

4.

Производные от функций, заданных
параметрически
Пусть функция y = f(x) задана параметрически уравнениями:
x x (t )
y y (t )
Производная первого порядка от этой функции
находится по формуле:
y t
y x
x t
Найдем производную второго порядка:
( y x ) t
y x ( y x ) x
xt
Аналогично получаем:
( y x ) t
y x ( y x ) x
xt
y
( 4)
x
( y x ) t
( y x ) x
xt
и т. д.

5.

Производные от функций, заданных
параметрически
Вычислить производную 3 – ого порядка от функции:
x t 2
3
y
1
t
2
3
t
(1 t )
1.5t
y x
2
2t
(t )
( 1.5t )
( y x ) t
y x
(t 2 )
x t
3
1 .5
0.75t 1
2t
1
( y x ) t
(
0
.
75
t
)
y x
x t
(t 2 )
0.75t 2
3
3
2t
4t

6.

Дифференциал функции
Пусть функция y = f(x) имеет в некоторой точке х отличную
от нуля производную, следовательно существует предел:
y
y
lim
f (x) 0
( x ) ( x )
f
x 0 x
x
где ( x ) 0 при x 0
По теореме о связи
функции, ее предела и
бесконечно малой
y f ( x ) x ( x ) x
функции
Таким образом, приращение функции y представляет собой
сумму двух слагаемых: f ( x ) x и x , являющимися
бесконечно малыми при x 0 .
При этом первое слагаемое есть бесконечно – малая одного
порядка с x , так как:
f ( x ) x
lim
f ( x ) 0
x 0
x

7.

Дифференциал функции
Второе слагаемое есть бесконечно малая функция более высокого
x
порядка по сравнению с
, так как:
lim
x 0
( x ) x
x
(x) 0
Поэтому первое слагаемое f ( x ) x называют главной
частью приращения функции.
Дифференциалом функции y = f(x) в точке х называется
главная часть ее приращения:
dy f ( x ) x
Найдем дифференциал независимой переменной, то есть
функции y x :
Дифференциал
Дифференциал
функции
y x 1
Поэтому:
dy dx x
dy f ( x )dx
независимой
переменной
равен произведению
равен
приращению
этой
производной
функции
на
переменной
dy
дифференциал
независимой
f ( x ) переменной
dx

8.

Геометрический смысл дифференциала
Проведем к графику функции y = f(x) в точке М(x, y) касательную
Рассмотрим ординату
касательной для точки x+Δx.
Из прямоугольного треугольника
AВМ имеем:
y
М1
f(x+ Δx )
y
f(x )
dy
x
α
0
B
М
х
A
x+Δx
tg
х
AB
x
AB tg x
Согласно геометрическому смыслу производной,
tg f (x )
AB f ( x ) x dy
Дифференциал функции y = f(x) в точке x равен приращению
ординаты касательной к графику функции в этой точке, когда x
получает приращение Δx.

9.

Основные теоремы о дифференциалах
Теорема 1
Дифференциал суммы, разности, произведения и
частного двух дифференцируемых функций находится
по формулам:
d (u v ) du dv
d (u v ) v du u dv
Теорема 2
u
v du u dv
d( )
v
v2
Дифференциал сложной функции равен произведению
производной этой функции по промежуточному
аргументу на дифференциал этого промежуточного
аргумента.
y x y u u x y x dx y u u x dx
dy y u du
dy
Это свойство
du дифференциала
называют инвариантностью
(неизменностью) формы
дифференциала.

10.

Приложение дифференциала в
приближенных вычислениях
Как известно, приращение функции можно представить в виде:
y f ( xdy
) x ( x ) x
Отбрасывая бесконечно малую ( x ) x более высокого порядка,
dy
чем x , получим приближенной
равенство:
y dy
Это равенство позволяет с большой точностью вычислять
приращение любой дифференцируемой функции.
Подставим в равенство выражения для приращения и
дифференциала функции:
f ( x x ) f ( x ) f ( x ) x
f ( x0 x ) f ( x0) f ( x0) x
Формула позволяет приближенно вычислять значение функции в
точке x0+Δx, зная значение функции в точке x0.

11.

Приложение дифференциала в
приближенных вычислениях
Вычислить приближенно:
arctg 1.05
Рассмотрим функцию: y arctg x
arctg ( x0 x ) arctg ( x0 ) arctg ( x0 ) x
Так как
x0 x 1.05
arctg 1
4
то
(arctg x )
x0 1 x 0.05
1
1 x 2
1
arctg (1.05) 0.05 0.81
4 2
(arctg x ) x 1
1
2