Производная функции
Производной функции y=f(x) в точке x0 называется конечный предел отношения приращения функции в этой точке к приращению аргумента при стремлении последнего к нулю (см. пример).
Если необходимо найти производные функции нескольких переменных z=f(x,y), то можно воспользоваться данным онлайн-калькулятором. Решение оформляется в формате Word.
- Решение онлайн
- Видеоинструкция
- Также решают
Правила ввода функции, заданной в явном виде
Примеры
≡ x^2/(x+2)
cos2(2x+π) ≡ (cos(2*x+pi))^2
≡ x+(x-1)^(2/3)
Правила ввода функции, заданной в неявном виде
Примеры
≡ x^2/(1+y)
cos2(2x+y) ≡ (cos(2*x+y))^2
≡ 1+(x-y)^(2/3)
Если функция задана в виде y2-x=cos(y), то ее необходимо записать так: y^2-x-cos(y).
Правила ввода функции, заданной в параметрическом виде
- Все переменные выражаются через t
Примеры
≡ t^2/(1+t)
cos2(t) ≡ cos(t)^2
≡ 1+(t-1)^(2/3)
Правила ввода функции, заданной в параметрическом виде
- Все переменные выражаются через t
Примеры
≡ t^2/(1+t)
cos2(t) ≡ cos(t)^2
≡ 1+(t-1)^(2/3)
Как найти производную, исходяя из ее определения?
Правила нахождения производных
Пример 1. Найти производную функции y=cos4x.
Решение.
Внешней функцией здесь служит степенная функция: cos(x) возводится в четвертую степень. Дифференцируя эту степенную функцию по промежуточному аргументу cos(x), получим
(cos4x)′cos x = 4cos4-1x = 4cos3x
но промежуточный аргумент cos(x) – функция независимой переменной х; поэтому надо полученный результат умножить на производную от cos(x) по независимой переменной х . Таким образом, получим
y′x = (cos4x)′cos x·(cosx)′x = 4·cos3x·(-sin x) = -4·cos3x·sin x
При дифференцировании функций нет необходимости в таких подробных записях. Результат следует писать сразу, представляя последовательно в уме промежуточные аргументы.
Пример 2. Найти производную функции
.
.
В некоторых случаях, если, например, нужно найти производную функции y = (u(x))v(x), или функции, заданной в виде произведения большого числа сомножителей, используется так называемый способ логарифмического дифференцирования.
Пример 3. Найти производную функции
.
Решение.
Применим метод логарифмического дифференцирования. Рассмотрим функцию
Учитывая, что , будем иметь
Но , откуда
.
Пример 4. Найти производную функции y=xex
Решение.
;
.
Прикладное использование производной
Вычисление производной первого и второго порядка используется во многих прикладных задачах. Рассмотрим наиболее распространенные из них.
- Нахождение экстремумов функции одной переменной осуществляют приравниванием к нулю производной:
f'(x)=0. Этот этап является основным для построения графика функции методом дифференциального исчисления. - Значение производной в точке x0 позволяет находить уравнение касательной к графику функции.
- Отношение производных позволяет вычислять пределы по правилу Лопиталя.
- В математической статистике плотность распределения f(x) определяют как производную от функции распределения F(x).
- При отыскании частного решения линейного дифференциального уравнения требуется вычислять производную в точке.
- В методе Ньютона с помощью производной отделяют корни нелинейных уравнений.
Задать свои вопросы или оставить замечания можно внизу страницы в разделе Disqus.
Можно также оставить заявку на помощь в решении своих задач у наших проверенных партнеров (здесь или здесь).
Решение функций представляется важным при решении множества инженерных и проектировочных задач по возведению тех или иных строительных объектов, изготовлению деталей, планированию грузоперевозок, технологических и иных процессов. К неотъемлемым основным атрибутам всякой функции относится область определения D(f).
При решении функций требуется выявить соответствие, при котором все числа «X» из массива (множества) области определения будут сопоставляться по определенному Правилу численному значению «Y», находящемуся в некоторой зависимости от числа «X».
Важно знать области определения корня, степенной, показательной, логарифмической, основных тригонометрических и обратных тригонометрических функций.
×
Пожалуйста напишите с чем связна такая низкая оценка:
×
Для установки калькулятора на iPhone — просто добавьте страницу
«На главный экран»
Для установки калькулятора на Android — просто добавьте страницу
«На главный экран»
Определение производной
Определение. Пусть функция ( y = f(x) ) определена в некотором интервале, содержащем внутри себя точку ( x_0 ).
Дадим аргументу приращение ( Delta x ) такое, чтобы не выйти из этого интервала. Найдем соответствующее приращение функции
( Delta y ) (при переходе от точки ( x_0 ) к точке ( x_0 + Delta x ) ) и составим отношение
( frac{Delta y}{Delta x} ). Если существует предел этого отношения при ( Delta x rightarrow 0 ), то
указанный предел называют производной функции ( y=f(x) ) в точке ( x_0 ) и обозначают ( f'(x_0) ).
$$ lim_{Delta x to 0} frac{Delta y}{Delta x} = f'(x_0) $$
Для обозначения производной часто используют символ ( y’ ).
Отметим, что ( y’ = f(x) ) — это новая функция, но, естественно, связанная с функцией ( y = f(x) ), определенная во всех точках (x), в которых
существует указанный выше предел. Эту функцию называют так: производная функции ( y = f(x) ).
Геометрический смысл производной состоит в следующем. Если к графику функции ( y = f(x) ) в точке с абсциссой ( x=a ) можно
провести касательную, непараллельную оси (y), то ( f(a) ) выражает угловой коэффициент касательной:
( k = f'(a) )
Поскольку ( k = tg(a) ), то верно равенство ( f'(a) = tg(a) ) .
А теперь истолкуем определение производной с точки зрения приближенных равенств. Пусть функция ( y = f(x) ) имеет
производную в конкретной точке ( x ):
$$ lim_{Delta x to 0} frac{Delta y}{Delta x} = f'(x) $$
Это означает, что около точки (x) выполняется приближенное равенство ( frac{Delta y}{Delta x} approx f'(x) ), т.е.
( Delta y approx f'(x) cdot Delta x ).
Содержательный смысл полученного приближенного равенства заключается в следующем: приращение функции «почти пропорционально»
приращению аргумента, причем коэффициентом пропорциональности является значение производной в заданной точке (x).
Например, для функции ( y = x^2 ) справедливо приближенное равенство ( Delta y approx 2x cdot Delta x ).
Если внимательно проанализировать определение производной, то мы обнаружим, что в нем заложен алгоритм ее нахождения.
Сформулируем его.
Как найти производную функции у = f(x) ?
1. Зафиксировать значение ( x ), найти ( f(x) )
2. Дать аргументу ( x ) приращение ( Delta x ), перейти в новую точку ( x+ Delta x ), найти ( f(x+ Delta x) )
3. Найти приращение функции: ( Delta y = f(x + Delta x) — f(x) )
4. Составить отношение ( frac{Delta y}{Delta x} )
5. Вычислить $$ lim_{Delta x to 0} frac{Delta y}{Delta x} $$
Этот предел и есть производная функции в точке (x).
Если функция (y=f(x)) имеет производную в точке (x), то ее называют дифференцируемой в точке (x). Процедуру нахождения производной
функции (y=f(x)) называют дифференцированием функции (y=f(x)).
Обсудим такой вопрос: как связаны между собой непрерывность и дифференцируемость функции в точке.
Пусть функция (y=f(x)) дифференцируема в точке (x). Тогда к графику функции в точке ( M(x; ; f(x)) ) можно провести касательную,
причем, напомним, угловой коэффициент касательной равен ( f'(x) ). Такой график не может «разрываться» в точке (M), т. е. функция
обязана быть непрерывной в точке (x).
Это были рассуждения «на пальцах». Приведем более строгое рассуждение. Если функция (y=f(x)) дифференцируема в точке (x), то
выполняется приближенное равенство ( Delta y approx f'(x) cdot Delta x ). Если в этом равенстве ( Delta x ) устремить к
нулю, то и ( Delta y ) будет стремиться к нулю, а это и есть условие непрерывности функции в точке.
Итак, если функция дифференцируема в точке х, то она и непрерывна в этой точке.
Обратное утверждение неверно. Например: функция ( y=|x|) непрерывна везде, в частности в точке (x=0), но касательная к графику
функции в «точке стыка» (0; 0) не существует. Если в некоторой точке к графику функции нельзя провести касательную, то в этой
точке не существует производная.
Еще один пример. Функция ( y=sqrt[3]{x} ) непрерывна на всей числовой прямой, в том числе в точке (x=0).
И касательная к графику функции существует в любой точке, в том числе в точке (x=0). Но в этой точке касательная совпадает с осью (y),
т. е. перпендикулярна оси абсцисс, ее уравнение имеет вид (x=0). Углового коэффициента у такой прямой нет, значит, не существует и
( f'(0) )
Итак, мы познакомились с новым свойством функции — дифференцируемостью. А как по графику функции можно сделать вывод о ее
дифференцируемости?
Ответ фактически получен выше. Если в некоторой точке к графику функции можно провести касательную, не перпендикулярную оси
абсцисс, то в этой точке функция дифференцируема. Если в некоторой точке касательная к графику функции не существует или она
перпендикулярна оси абсцисс, то в этой точке функция не дифференцируема.
Правила дифференцирования
Операция нахождения производной называется дифференцированием.
При выполнении этой операции часто приходится работать с частными, суммами, произведениями функций, а также с «функциями функций»,
то есть сложными функциями. Исходя из определения производной, можно вывести правила дифференцирования, облегчающие эту работу.
Если (C) — постоянное число и ( f=f(x), ; g=g(x) ) — некоторые дифференцируемые функции, то справедливы следующие правила дифференцирования:
$$ C’=0 $$
$$ x’=1 $$
$$ ( f+g)’=f’+g’ $$
$$ (fg)’=f’g + fg’ $$
$$ (Cf)’=Cf’ $$
$$ left(frac{f}{g} right) ‘ = frac{f’g-fg’}{g^2} $$
$$ left(frac{C}{g} right) ‘ = -frac{Cg’}{g^2} $$
Производная сложной функции:
$$ f’_x(g(x)) = f’_g cdot g’_x $$
Таблица производных некоторых функций
$$ left( frac{1}{x} right) ‘ = -frac{1}{x^2} $$
$$ ( sqrt{x} ) ‘ = frac{1}{2sqrt{x}} $$
$$ left( x^a right) ‘ = a x^{a-1} $$
$$ left( a^x right) ‘ = a^x cdot ln a $$
$$ left( e^x right) ‘ = e^x $$
$$ ( ln x )’ = frac{1}{x} $$
$$ ( log_a x )’ = frac{1}{xln a} $$
$$ ( sin x )’ = cos x $$
$$ ( cos x )’ = -sin x $$
$$ ( text{tg} x )’ = frac{1}{cos^2 x} $$
$$ ( text{ctg} x )’ = -frac{1}{sin^2 x} $$
$$ ( arcsin x )’ = frac{1}{sqrt{1-x^2}} $$
$$ ( arccos x )’ = frac{-1}{sqrt{1-x^2}} $$
$$ ( text{arctg} x )’ = frac{1}{1+x^2} $$
$$ ( text{arcctg} x )’ = frac{-1}{1+x^2} $$
Step-by-Step Examples
Calculus
Derivative Calculator
Step 1:
Enter the function you want to find the derivative of in the editor.
The Derivative Calculator supports solving first, second…., fourth derivatives, as well as implicit differentiation and finding the zeros/roots. You can also get a better visual and understanding of the function by using our graphing tool.
Chain Rule: ddx[f(g(x))]=f'(g(x))g'(x)
Step 2:
Click the blue arrow to submit. Choose «Find the Derivative» from the topic selector and click to see the result!
Производной функции называется предел отношения приращения функции к приращению аргумента при условии, что последний стремится к нулю:
Для того чтобы вычислить производную некоторой функции необходимо применить основные правила дифференцирования или воспользоваться нашим онлайн калькулятором, который вычисляет производную с описанием действий на русском языке.
Калькулятор также может вычислить производные высшего порядка (вторую, третью и т.д.), для этого необходимо задать порядок производной. Также предусмотрен выбор переменной дифференцирования, таким образом, возможно вычисление частной производной в случае функции многих переменных.
Отличительной особенностью нашего калькулятора является подробное решение на русском языке, соответствующее стандартам образования, принятым в российских ВУЗах и ВУЗах бывшего постсоветского пространства. С преимуществами нашего подробного решения Вы можете ознакомиться
здесь.
Посмотреть пример подробного решения производной можно
здесь.